Введение к работе
: ""'' j
_ сд ІАкгуальность темы. Одна из основних пройдем современной :срТЙ$ЯЯф - обеспечение прочности и несущей способности элементов '"""конструкций, работаиптх в условиях высоких температур. Требова-пнэ наиболее полного использования прочностных и деформационных свойств конструкций приводит к необходимости совершенствования расчетно-эксперкментальннх методов оценки характеристик ползу-чостп л длительной прочности современных материалов.
Машиностроительцыо конструкции, как правило, должны рассчитываться на 20 - 30 лет работы. Естественно, что проведение цромшлешшх испнтаниЗ на такой базе невозможно. Существующие методы ускоренных кспдааннй обігшо даот возможность прогноза не более чем па порядок по оси времени. Поэтому самой актуальной пробдеыоЗ, решенной в диссертации,- явилась разработка определяющих соотношений, обеопочнвахвдих возмогзтсть надежного прогнозирования ползучести п длительной прочности на 2 - 3 порядка по результатам испытаний ограниченной продолжительности.
Существенно затрудняется расчет и отсутствием единой фо-поыояологлчесг.ой теории ползучести. Поэтому вакпоо практическое значеішо имеет п разработанная в диссертация достаточно простая кинетическая модель, обобщающая наиболее распространенные фено-ионологнчосіяе соотношения 0.3. Сосгопга, Г.й. Лешша, Андраде, А. Грехема и П.В. Довиса.
Б условиях нестационарных тешэрагурно-силовых воздействий упомянутые теоріш соответствует классическим способам учета нестационарности - теории упрочнения л принципу линейного суммирования соврездэндЯ. Однако, в некоторых случаях могут наблюдаться существенные отклонения от них при разгрузке, догрузке, кратковременных перегрузках, повторном и циклическом нагру-геюш, которые не когут быть удовлетворительно описаны сущест-вугацпш теориями. Поэтому имеет значение п разработанная в диссертации обобщенная кинетическая модель, позволяющая осуществи лять расчет и прогнозированиа с учетом указанных эффектов. Важное практическое значение имеет разработанный, как следствие из этой модели, достаточно простой экспериментальный критерий для проверки приманрмости упрощешшх классических методов учета не-стационарности ( теории упрочнения и принципа лилейного суюш-
ровашш поврездекий ).
Цель работы. Разработка определяющих соотношений длительной прочности п кинетических уравнений ползучести, позводягщих осуществлять расчет и прогнозирование поведения различных клас--сов конструкционных металлических материалов в широком диапазоне температур, напряжений и решвюв нагрухения.
Метол исследования. Основной метод исследования - сравнительный анализ результатов большого количества эксперименталь-пых исследований ползучести и длительной прочности различных металлических материалов в стационарных и нестационарных условиях нагруавния. В основу разработки определящих соотношений длительной прочности положены классические, наиболее физически обоснованные методы Дорна и Яарсона-Миллера и зависимости от напряжения С./.. Шестерикова п С.Н. Еуркова. Создание кинетической модели ползучести производилось с учетом классических законов упрочнения, кинетической теории Ю.Н. Работнова и феноменологических уравнений Г.Ф. Лешша, О.В. Соснина, B.C. Наместни-кова, Ю.П. Самарина, Лндраде, А. Грехема и II.В. Девиса. Кроме того, при разработке кинетических соотношений, учитывающих нестационарные ойрееты оказалось целесообразным использовать ряд физических представлений о природе процесса ползучести.
Научная новизна работы заключается в .создания определяющих соотнесений, позволяющих осуществлять расчет и надежное прогнозирование ползучести и длительной прочности широкого крута конструкционных металлических материалов в стационарных и нестационарных условиях нагрухания:
а) разработана модификация опредалящего соотношения Дор
на, содержащая всего три параметра и описывающая длительную
прочность широкого круга конструкционных материалов независимо
от реализующегося вида разрушения (внутризеренного, по клине—
видный трещинам или порам);
б) разработана,обобщенная кинетическая модель ползучести и
длительной прочности металлических материалов, позволившая опи
сать широкий круг аффектов, наблюдаемых в условиях ступенчатого,
кратковременного,, повторного и циклического изменения нагрузки;
в) разработав упрощенный предельный случай общей модели,
соответствующий теории упрочнения, принципу линейного суммиро
вания повреждений и содержащий в качестве частных случаев соот
ношения Г.4. Лепина, О.В. Соснина, А. Грехема и П.В. Девиса.
Первая составляющая предельной модели соответствует модифицированному соотношению Дорна и характеризуется степенным законом упрочнения. Критерием применимости этой составляющей могат слу-гить отсутствие ускорения процесса ползучести посла кратковременных перегрузок. Вторая и третья составляющие соответствуют соотношению Ларсона-Миллера, характеризуются экспоненциальным законом упрочнения и реализуются в основном на жаропрочных никелевых сплавах;
г) показан аддитивный, вязко-упругий характер обратной
ползучести конструкционных сплавов п разработана модель для ее
описания;
д) установлено, что у некоторых материалов ( а частности
меда ) процессы пластичности могут такаэ существенно зависеть
от времени и для их описания разработано реологическое обобще
ние теории пластичности.
Научная достоверность результатов диссертациопноЁ работы подтверждена экспериментальной проверкой разработшпшх методов на широком классе конструкционных материалов: десятках различных марок стали (аустенитнкх, перлитных, мартенситных, жаропрочных, теплоустойчивых, коррозиокностоЗісах а т.д.), чугуна, большом числе никелевых и хромншкелевых (жаропрочных, ЛКіеЗШХ, окалшюстойкнх), тугоплавких (молибденовых, хромовых), медных, титановых, легких (алюминиевых, магниевых) н других сплавах з широком диапазоне температур (от -200 до 1400 С), в условиях стационарного, повторного п циклического нагругешпі, разгрузки, догрузки и кратковременных перегрузок.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные методы позволяют осуществлять надезное пропюзированио ползучести и длительной прочности на 2 - 3 порядка по результатам испытаний ограниченной продолжительности 10 - 10 часов. При прогнозировании на І05 ( 10 лет ) и более часов это дает экономию по сравнению с существующими методами не менее чем ва порядок по базе испытания; сокращает объем необходимых экспериментальных исследовании к разработанный критерии применимости принципа линейного суммирования повреждении и теории упрочнения.
Разработанная методика описания процесса ползучести и длительной срочности, алгоритмы и программы последовательного определения постоянных, расчета и прогнозирования могут использоваться при оптимальной проектировании конструкций.
Внедрение результатов. Результати диссертации внедрены на двенадцати предприятиях. Экономический зфрент от внедрения, за счет сокращения объема типовых в доводочных испытаний, составил более миллиона рублей.
Кроме того, разработанные методики были положены в основу четырех межотраслевых нормативно-методических документов Госстандарта:
методические рекомендации f.'P 60-82 "Метод определения параметров кривых ползучести и накопления повреждений при одноосном наг-ружений;
методические рекомендации; "Л? 63-85 "Расчетно-эксперименталь-iiii/i метод определения характеристик ползучести :< длительной прочности металлических гатеїмалої) при одноосном иагруаеіши б условиях нестационарного силового воздействия";
методические рекомендации f.P 182-85 "Расчетно-эксперименталь-ний метод определения параметров ползучести и длительной прочности і!,і'л сложном напряженной состоянии- в стационарных условиях нагрухе-ппя";
рекомендацій Р 54-286-69 "Методы расчетно-окспкриментального оаределеніїл характеристик ползучес/ги її длительной прочности".
использование рекомендаций позволит уменьшить не менее чем на порядок базу испытания, необходимую для надекного прогнозирования ползучести и длительной прочности. В масштабе страїш это приведет к экономии в несколько миллионов рублей в год.
Аппробалия. Результати работы докладывались на всесоюзных
кон,ерен.гиях "Ползучесть в конструкциях" в Днепропетровске (1982г.)
е в Новосибирске (Ю8іг.) , па Всесоюзном симпозиуме "Математичес
кие методы ВДЇЇ" (19в4 г.) к на XXI Всесоюзной научной совеща
нии по проблемам прочности двигателей ( 1836 г.) в ИГШ АН СССР,
на заседаниях -научно - методической комиссии "Стандартизация ме
тодов расчета на ползучесть и длительную прочность" НТО Госстан
дарта ( I960 - 1988 г.г.) , ка заседании секции "Расчеты и испы
тания на прочность" ЮС Госстандарта в 11Ш1 АН СССР ( 1966 г.) ,
на иаучішх семинарах \ШХ ГО ( 1Э80 - 1988 г.г.) , ИМАШ АН СССР
( 1У-Э0 г.) и кафедры "Динамика и. прочность машин" МВТУ имени
Н.Э. Баумана ( 1989 г. J , на Всесоязшх конференциях по ползучес
ти в Киеве ( гарт 1989 г.) и KHtI-2000 в Куйбышеве (сентябрь 1989 г}
н в Новосибирске ( июль 1990 г.) . .
4 . .
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 27 статьях, трех методических рекомендациях, методических указаниях, справочнике, тезисах, рефератах и аннотациях докладов.
Объем работы. диссертация состоит из введения, семя глав , общих выводов и списка литература. Обідай объем работы 245 стр. Основная часть содержит 222 стр., из которых 138 стр. машинописного текста, 76 рисунков. 32 таблица . Библиография к работе включает 221 наименование.