Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf

трещин в результате перегрузки вызвано изменением кон­ фигурации вершины трещины и созданием упрочненной зоны (с сжимающими остаточными напряжениями) не­ посредственно у вершины трещины.

Для практической реализации этой возможности не­ обходимо, чтобы материал обладал достаточной склон­ ностью к формоизменению, а объемность напряженного состояния на фронте роста трещины позволяла прохож­ дение пластической деформации. В связи с изложенным

s г

120

растягивающих. Редкие циклы сжатия при чередовании с основными циклами растяжения могут вызвать значи­ тельное (в 2—7 раз) снижение усталостной прочности [51]. Эксперименты, поставленные на трубчатых образ­ цах из сплава АВТ, показали, что приложение циклов сжатия приводит к сближению моментов появления пер­ вой и второй ветвей трещины у отверстия в стенке образ­ ца и, следовательно, к уменьшению асимметрии трещи­ ны, которое сопровождается сокращением длительности ее развития (рис. 55) до двух раз. При наличии сим­ метричной трещины циклы сжатия оказывают меньшее влияние на рост трещины. При неодинаковой длине тре­ щин с обеих сторон отверстия смыкание «берегов» тре­ щины приводит к более неравномерной пластической де­ формации и более интенсивному возникновению остаточ­ ных растягивающих напряжений, чем в случае симмет­ ричных трещин. Асимметрия развития трещин с обеих сторон отверстия | тем меньше, чем больше напряжение сжатия ас>к и чем чаще повторяются циклы сжатия. О на­

к возрастанию скорости роста трещин до величины, со­ ответствующей уровню напряжений перегрузки. В слу­ чае перехода с более высокой ступени на более низкую скорость роста, соответствующая данной низкой ступени, будет достигнута после прохождения переходного перио­ да с более низкой скоростью. Длительность этого перио­ да растет с увеличением абсолютной разницы в напря­ жениях на высокой и низкой ступени нагружения. Чем выше перегрузка, с которой спускаются на один и тот же уровень напряжений, тем сильнее выражено замедление скорости. Это в конечном счете приводит к тому, что после снижения уровня напряжений трещина прекратит свое развитие. В частности, прекращение роста трещин

121

исследовано на отожженных круглых образцах с надре­

литическим путем скорости роста трещин при многосту­ пенчатом цикле был предложен «закон умножения», КО­

ЛУ кГ/мм?

Рис. 56. Влияние редких циклов сжатия на длительность периода живучести и асимметрию развития трещины (%) :

122

торый позволяет на основании экспериментов с простым ступенчатым циклом определить степень снижения уста­ лостной долговечности и соответственно увеличения ско­ рости роста трещин при многоступенчатом цикле с уче­ том числа циклов на каждой ступени.

Скорость роста трещин при многоступенчатом цикле (варианты бив рис. 58) выше, чем при постепенном

X) предложен метод расчета скорости роста усталостных трещин при спектральной нагрузке, основанный на учете величины пластически деформированной зоны, образую­ щейся впереди вершины растущей трещины. Величина этой зоны зависит от прикладываемого усилия. Это обстоятельство объясняет различия в скорости роста тре­ щин при прямом й обратном (зеркальном) программном Нагружении. Фактическая скорость роста трещин при спектральном нагружении ниже, предсказываемой nd формулам Майнерэ (суммирование скорости На отделы-

123

60'

: гоо g* \

Рис. 59. Машина (о) и образец (б) для испытания с импульсными перегрузками

импульсных ударных нагрузок и дополнительных гармо­

ность свидетельствует то обстоятельство, что в осях под­ вижного состава железных дорог, претерпевающих уда­ ры на стыках, трещины могут возникать при всего лишь 0,5% от общей долговечности, рассчитанной по закону суммирования усталостных повреждений [53]. При ла­ бораторных усталостных испытаниях не зафиксировано появления трещин при таких низких значениях наработ­ ки. Это объясняется, 'по-видимому, тем, что-в лаборатор­ ных условиях фактически не воспроизводится эксплу­ атационный цикл нагружения с присущими ему импульс­

124