Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей

Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение позволяет расширить область использования способа определения разрушающих напряжений за счет его применения к деталям различной конфигурации, выполненным из сталей с различными механическимй свойствами и разрушавшимся от воздействия переменных на грузок в широком спектре частот. Определяют фактические значения предела прочности и условного предела текучести материала ис следуемой детали, определяют частоту ее нагружения. Измеряют радиус,а при малых выточках и глубину концентратора напряжений, от которого пошло разрушение, и размер сечения детали в Направлении развития этого разрзтаения. По фрактограммам, снятым с поверхности разрушения детали измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения. Из опытных зависимостей определяют значения градиентно-частотной поправки, напряжения течения циклически упроченного материала, относительного размера начальной реально-напряженной зоны пластической деформации, коэффициента интенсивности напряжений, и по формуле определяют величину уровня напряжений, обусловливающих возникновение и начальное развитие трещины усталости на стальной детали . 6, ил. (Л С в 8 К9 а 5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 1 1 00

HHA КОМИТЕТ СССР (21) 3778992/24-10 (22) 07.08.84 (46) IS.02.86. Бюл. Р 6 (72) Г.В.Бондал

{53) 531.781(088.8} (56) Жегина И.П, Фрактографические особенности алюминиевых сплавов в связи с их способностью к торможению разрушения: Автореф. дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук, И.: ВИАИ, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 796657, кл. G 01 В 11/06, 1981. (54) ФРАКТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРУШАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ

ПРИ УСТАЛОСТИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

{57) Изобретение позволяет расширить область использования способа определения разрушающих напряжений за счет его применения к деталям различной конфигурации, выполнен.ным из сталей с различными мехакическими свойствами и разрушавшимся от воздействия переменных нагрузок в широком спектре частот.

Определяют фактические значения

„.SU„„1211612 предела прочности и условного предела текучести материала исследуемой детали, определяют частоту ее нагружения. Измеряют радиус, а при ! малых выточках и глубину концентратора напряжений, от которого пошло разрушение, и размер сечения детали в направлении развития этого разрушения. По фрактограммам, снятым с поверхности разрушения детали. измеряют шаг бороздок Hà разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения. Из опытных зависимостей определяют значения градиентно-частотной поправки, напряжения течения циклически упроченного материала, относительного размера начальной реально-напряженной зоны пластической деформации, коэффициента интенсивности напряжений, и по формуле определяют величину уровня напряжений, обусловливающих возникновение и начальное развитие трещины усталости на стальной детали. 6, ил.

121 1 612

Изобретение относится к методам измерения напряжений твердых тел и может быть использовано для определения разрушающих напряжений стальных деталей различных форм при установлении причин их разрушения.

Целью изобретения является расширение области использования способа определения разрушающих напряжений за счет его применения к деталям различной конфигурации, выполненным из сталей с различными механическими свойствами и разрушавшим ся от воздействия переменных нагрузок в широком спектре частот.

На фиг. 1 показана зависимость относительной градиентной поправки от частоты нагружения, на фиг. 2 зависимость приведенной частотной поправки от частоты нагружения, на фиг. 3 — зависимость скорректированного по частоте и градиенту относительного размера зоны пластической деформации от условного предела текучести материала, на фиг. 4 — зави- 25 симость относительного размера начальной реально-напряженной зоны пластической деформации от относительного размера начальной эоны пластической деформации, на фиг. 5 - функ- 3G ционалъная зависимость, определяющая коэффициент интенсивности на пряжений К,, соответствующий началу участка с равноускоренным ростом шага бороздок, на фиг. б — функциональная зависимость, определяющая коэффициент С, характеризующий скорость изменения коэффициента интенсивности напряжений К, соответствующего концу участка с равноускорен-40 ным ростом шага бороздок, от его длины °

Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей реализу- 45 ется следующей последовательностью операции.

Определяют фактические значения предела прочности бр, и условного предела текучести бо материала исследу- so емой детали.

Из технической документации и условий работы исследуемой детали устанавливают частоту, с которой иа нее воздейстговала переменная 55 во времени нагрузка, Измеряют радиус, а при малых выточках и глубину концентратора напряжений, от которого пошло разрушение, и размер сечения детали (диаметр или высоту) в направлении развития этого разрушения. Относительный градиент изменения напряжений Ь в сечении, по которому произошло разрушение, определяют по известным соотношениям.

По фрактограммам, снятым с поверхности разрушения исследуемой детали, в направлении, перпендикулярном фронту его развития, производят измерение шага бороздок b на разных удалениях L от очага разрушения и с помощью метода наименьших квадратов определяют значения коэффициентов

А и В известного уравнения

b=A ° е

М где 3 — длина участка с бороздчатым рельефом конкретного удаления от очагами (финны трещины), на котором производится измерение шага бороздок, мм, E =1-0,02 мм, е — основание натуральных логарифмов.

Имея в виду, что выражение для текущего значения 1, полученное преобразованием уравнения (1), имеет вид — — Я вЂ”вЂ”

Blate (2) It где b. — текущее значение второй

1 производной и b/dl определяют длину 1 участка равноускоренного роста шага бороздок из выражения

Й:ый) 1

В 1яе (! г где Ь» — значение d bjdl, соответствующее концу участка равноускоренного роста шага бороздок„

Ь.=Ь"/Г. +1 10 (мм- ) (4) Используя опытные зависимости, представленные на фиг. 1 и 2 для известного значения частоты с), определяют значения относительной градиентной о(>и приведенной частотной Р поправок на размер r начальной зоны пластической деформации, располагающейся в устье трещины (при и3)50 Гц значения z g „

1211612 (13) 6 +6о,а

Х =

10 причем го =г, /бв, Ng= Noo

f (16) К,К»»» Р»

Кос (9) э1 1(— 11 ос (1O) причем

= " - 6 ос ос (12) приравниваются к таковым при

d--50 Гц) .

В соответствии с опытной зависимостью, приведенной на фиг. 3, для известного значения условного предела текучести 6о,z определяют значение произведения г, g, где относительный размер начальной зоны пластической деформации в устье трещины а градиентно-частотная поправка на размер этой локальной зоны пластической деформации

У =с „>.g,, (6) В этом выражении градиентную поправку сс1предложено определять простой эмпирической зависимостью о()=1+ с,1 ° G (7) Выделив из произведения г - g значение относительного размера начальной зоны пластической деформации и используя опытную зависимость, приведенную на фиг. 4, определяют значение относительного размера r« начальной реально-напряженной зоны пластической деформации, который представляет собой отношение гас гос / 1 (8)

Используя опытную зависимость, приведенную на фиг. 5, через взаимосвязь промежуточных эмпирических функций F+ и F>, когда где К и Крс — коэффициенты интенсивности напряжений, характеризующие напряженное состояние в вершине трещин, абсо-. лютные размеры локальных зон пластической деформации которых соответственно равны г„ и г„ где ф„ — осредненная градиентночастотная поправка на коэффициент интенсивности напряжений, у -» » + —, (14) у "Ь; (15) в конечном счете определяют значение коэффициента интенсивности напряжений Ко, характеризующего напря- . женное состояние у вершины трещины в начале участка равноускоренного роста шага бороздок го к

В соответствии с опытной зависимостью, приведенной на фиг. 6 для

25 известного значения эмпирической функции И, " 1=(— -- + - ) (18)

F+F 1 F

2 F1 2 2К

30 определяют значение коэффициента пропорциональности С, Зная 1, К, и С, в соответствии

% с экспериментально установленной корреляционной зависимостью

35 К =С(Щ. ") К 1.ИПа м Ч (19) определяют значение коэффициента интенсивности напряжений К, характеризующего напряженное состояние

40 материала у Вершины. трещины В кон це участка равноускоренного роста шага бороздок.

Подстановкой выражения (19)1 в известное соотношение механики разрушения

К = 6(р, (2О) где К вЂ” коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины, 6- номинальное напряжение в сечении брутто, L — - длина трещины, с одновременной заменой К на К", L на Х+ и 6 на 6@, получают формулу

Bg К"/(1тХ") 1 ЬПа) (21 ) по которой определяют значение уров ня напряжений 6, ответственных

1211612 за возникновение и начальное развитие трещины усталости на стальных деталях с учетом их конфигурации, размеров и частоты нагружения. 5

Формула изобретения

Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей, заключающийся в том, что на поверхности разрушения в зоне регуляоного 6n-— роэдчатого рельефа измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения, определяют длину участка равноускоренного .роста шага бороздок, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования путем обеспечения исследования деталей различных форм, определяют фактические значения предела прочности 6> и условного предела текучести So,т материала исследуемой детали, определяют частоту ее нагруженияс), определяют значение относительного градиента изменения напряжений 6 в сечении, по которому З0 произошло разрушение, по опытным зависимостям относительной гради. ентной ь4,1и приведенной частотной поправок от частоты сЗ и эмпирическим соотношениям, связывающим З5 градиентную поправкус(„1 с поправкой а1.„>и относительным градиентом

G а также градиентно-частотную поправку «ф на размер начальной эоt ны пластической деформации в устье 4О трещины с поправками К,д и 5о, определяют значение поправки $ по опытной зависимости произведения относительного размера 4 начальной зоны пластической деформации в устье 45 трещины на поправку ф от условного предела текучести о, определяют

1 скорректированное по градиенту и частоте значение размера 1, по

O опытной зависимости относительного 50 размера "oc начальной реально-напряженной эоны пластической деформации в устье трещины от размера го опреде ляют значение размера 1 с, определяют значение напряжения течения 55 циклически упроченного материала 6g . ю эмпирическим соотношениям, свяывающим абсолютную величину размера Г начальной зоны пластической деформации с размером Р и пределом прочности 8<, а также абсолютную величину размера Г,«с начальной реальнонапряженной зоны пластической деформации с размером Рос и пределом прочности 6в, определяют значения размеров 1"o и 1, по эмпирическим соотношениям, связывающим коэффициент интенсивности напряжений характеризующий напряженное состояние в пластически деформированной зоне размером 1 с абсолютной величиной размера г и напряжением

6g, а также коэффициент интенсивности напряжений Кс, характеризующий напряженное состояние в пластически деформированной зоне размером 0ос с абсолютной величиной размера 1 с и напряжением 6, определяют значения коэффициентов интенсивности напряжений Ко и Кос, по эмпирическим соотношениям связывающим поправку и поправку 150 с градиентно-частотной Ж» и частотной » поправками на коэффициент инч енсивности напряжений, а также последние между собой, определяют значение осредненной градиентно-частотной поправки фк на коэффициент интенсивности. напряжений, по опытным зависимостям и эмпирическим соотношениям, связывающим коэффициенты интенсивности напряжений Ко и Кос между собой и с поправкой ф », определяют значение коэффициента интенсивности напряжениЯ К,«, характеризующего напряженное состояние у вершины трещины в начале участка с равноускоренного роста шага бороздок, и значение коэффициента пропорциональности Г, характеризующего скорость изменения коэффициента интенсивности напряжений К, который характеризует напряженное состояние у вершины трещины в конце участка с", по эмпирическому соотношению, связывающему коэффициент интенсивности напряжений К с величиной участками", коэффициентом интенсивности напряжений К» и коэффициентом пропорциональности С, определяют значение коэффициента интенсивности К", а величину напряжений брутто определяют по форг ле

1211612

0 S Ю 15 20 Z5: 30

Рие.1

Х Ю 1Х _#_ H Ж SS Фд ФХ И еМ,Г (Рие, 2

Об

Ор

Ie N à иФ жФ %, ФФ

Фиа8

1211612

1,8 ч,В

1,4 д

0,8

1211612

Составитель В. Годзиковский

Редактор М. Циткина Техред С.Мигунова Корректор И.Демчик

Заказ 634/47 Тйраж 778 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4