Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб
Досліджено вплив циклічного навантаження з амплітудою, співмірною з пороговим коефіцієнтом інтенсивності напружень, на діаграму статичного розтягу і повзучість зразків із тріщинами зі сплаву АМгб. Проаналізовано вплив частоти і розмаху коефіцієнта інтенсивності напружень на величину розкриття віс...
Gespeichert in:
| Datum: | 2001 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2001
|
| Schriftenreihe: | Проблемы прочности |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46559 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб / П.В. Ясній, М.П. Галущак // Проблемы прочности. — 2001. — № 1. — С. 92-97. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-46559 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-465592013-06-30T23:29:30Z Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб Ясній, П.В. Галущак, М.П. Научно-технический раздел Досліджено вплив циклічного навантаження з амплітудою, співмірною з пороговим коефіцієнтом інтенсивності напружень, на діаграму статичного розтягу і повзучість зразків із тріщинами зі сплаву АМгб. Проаналізовано вплив частоти і розмаху коефіцієнта інтенсивності напружень на величину розкриття вістря тріщини, зумовлену повзучістю. Исследовано влияние циклического нагружения с амплитудой, соразмерной с пороговым коэффициентом интенсивности напряжений, на диаграмму статического растяжения и ползучести образцов с трещинами из сплава АМг6 . Проанализировано влияние частоты и размаха коэффициента интенсивности напряжений на величину раскрытия вершины трещины, обусловленную ползучестью. We study the influence of cyclic loading with stress amplitude close to the threshold stress intensity factor on characteristics of the stress-strain diagram for quasistatic tension and creep of cracked specimens made of AMg6 alloy. We analyze the influence of the loading frequency and the range of stress intensity factor on the value of crack-tip opening that is caused by creep. 2001 Article Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб / П.В. Ясній, М.П. Галущак // Проблемы прочности. — 2001. — № 1. — С. 92-97. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46559 620.17.539.3; 620.191.33 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Ясній, П.В. Галущак, М.П. Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб Проблемы прочности |
| description |
Досліджено вплив циклічного навантаження з амплітудою, співмірною з пороговим коефіцієнтом
інтенсивності напружень, на діаграму статичного розтягу і повзучість зразків із
тріщинами зі сплаву АМгб. Проаналізовано вплив частоти і розмаху коефіцієнта інтенсивності
напружень на величину розкриття вістря тріщини, зумовлену повзучістю. |
| format |
Article |
| author |
Ясній, П.В. Галущак, М.П. |
| author_facet |
Ясній, П.В. Галущак, М.П. |
| author_sort |
Ясній, П.В. |
| title |
Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб |
| title_short |
Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб |
| title_full |
Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб |
| title_fullStr |
Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб |
| title_full_unstemmed |
Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві АМгб |
| title_sort |
вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в сплаві амгб |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2001 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46559 |
| citation_txt |
Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в
сплаві АМгб / П.В. Ясній, М.П. Галущак // Проблемы прочности. — 2001. — № 1. — С. 92-97. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT âsníjpv vplivciklíčnogonavantažennânarozkrittâvístrâtríŝinivsplavíamgb AT galuŝakmp vplivciklíčnogonavantažennânarozkrittâvístrâtríŝinivsplavíamgb |
| first_indexed |
2025-07-04T05:55:25Z |
| last_indexed |
2025-07-04T05:55:25Z |
| _version_ |
1836694662069354496 |
| fulltext |
УДК 620.17.539.3; 620.191.33
Вплив циклічного навантаження на розкриття вістря тріщини в
сплаві АМгб
П. В. Ясній, М. П. Галущак
Тернопільський державний технічний університет ім. Івана Пулюя, Тернопіль,
Україна
Досліджено вплив циклічного навантаження з амплітудою, співмірною з пороговим коефі
цієнтом інтенсивності напружень, на діаграму статичного розтягу і повзучість зразків із
тріщинами зі сплаву АМгб. Проаналізовано вплив частоти і розмаху коефіцієнта інтен
сивності напружень на величину розкриття вістря тріщини, зумовлену повзучістю.
У процесі експлуатації високонавантажені елементи конструкцій (тру
бопроводи, посудини високого тиску, мостові конструкції, авіатехніка) поряд
із довготривалими статичними напруженнями можуть зизнавати дії низько-
амплітудних циклічних. Циклічна складова істотно впливає на тривалу
міцність матеріалів. Пояснити вплив циклічної складової на деформаційні
процеси можна на основі взаємодії процесів повзучості та втоми [1].
Інтенсифікація процесів повзучості має як негативний, так і позитивний
вплив на несучу здатність та довговічність елементів конструкцій, особливо
за наявності тріщиноподібних дефектів. Наприклад, підсумовування нако
пичення квазістатичних пошкоджень і пошкоджень при повзучості при
водить до зменшення довговічності елементів конструкцій за відсутності
тріщиноподібних дефектів. Однак за наявності тріщин спільна дія цикліч
ного і статичного навантаження при реалізації попереднього теплового
перевантаження за умови відсутності підростання тріщин зумовлює підви
щення опору крихкому руйнуванню металу [2 ].
Незважаючи на важливість цієї проблеми, в літературних джерелах
недостатньо висвітлено питання впливу комбінованого (статичного і цикліч
ного) навантаження на напружено-деформований стан і повзучість мате
ріалів за наявності тріщин. Основні дослідження, зокрема [3-6], відносяться
до випадку, коли взаємодія процесів повзучості та втоми приводить до
прискорення розвитку тріщин. Майже відсутні праці, в яких досліджується
спільна дія квазістатичного і низькоамплітудного циклічного навантаження
на напружено-деформований стан тіл із тріщинами, зокрема на розкриття
вістря тріщини.
Метою даної роботи є дослідження впливу комбінованого навантаження
на поведінку зразків із тріщинами у випадку, коли розмах коефіцієнта
інтенсивності напружень (КІН) співмірний з пороговою тріщиностійкістю,
тобто за умови відсутності підростання тріщини.
М етодика та результати досліджень. Дослідження проводили на
сервогідравлічній випробувальній машині СТМ-100 з керуючим ПК типу
ІВМ РС/АТ. Статична складова навантаження задавалася від комп’ютера за
допомогою спеціальної прикладної програми “ПОШУК”, а циклічна - від
низькочастотного генератора стандартних електричних імпульсів типу
Г3-112. Керування машиною здійснювалося зусиллям, що прикладалося
вздовж осі зразків.
© П. В. ЯСНІЙ, М. П. ГАЛУЩАК, 2001
92 ISSN 0556-171X. Проблеми прочности, 2001, № 1
Вплив циклічного навантаження
Для визначення розкриття вістря тріщини відпрацьовані сигнали ре
єструвалися комп’ютером за трьома каналами: зусилля, розкриття берегів
надрізу А і і розкриття тріщини біля її вістря А 2 . Схема вимірювання
розкриття тріщини і берегів надрізу подана на рис. 1. Деформації вимі
рювалися тензометричними датчиками місткового типу з похибкою вимі
рювання 4 • 10-5 мм/мм. Крім запису результатів на магнітний носій дво-
координатним потенціометром-самописцем типу Н 307/1 реєструвалася за
лежність деформації від часу.
Початкові втомні тріщини вирощували у відповідності з рекоменда
ціями [7]. На кінцевій ділянці середня швидкість росту втомних тріщин була
не б ільш е2 -10-5 мм/цикл.
Для експериментів використовували зразки, виготовлені з алюмінієво-
магнієвого сплаву АМгб (рис. 2). Основні механічні властивості матеріалу у
стані поставки: о о,2 = 175 МПа; о в = 360 МПа; д = 18,2%; \р = 34%. Порогові
коефіцієнти інтенсивності напружень А К ^ = 4,9 МПал/м при Я = 0,1 і
А К Л = 3,3 МПал/м при Я = 0,7. Експерименти проводили за температури
293 К.
Рис. 1. Схема вимірювання розкриття тріщини. Рис. 2. Зразки для випробувань.
У першій серії експериментів досліджували розкриття вістря тріщини
для двох типів короткочасного навантаження розтягуванням: чисто статич
ного і статичного з накладанням незначної циклічної складової (рис. 3,а).
Швидкість зростання статичного навантаження у всіх експериментах скла
дала d K / d t = 0,2 М Пал/мс-1 (К - коефіцієнт інтенсивності напружень; t -
час).
Випробування проводили при частотах циклічного навантаження
f = 25 і 50 Гц та амплітудах коефіцієнту інтенсивності напружень К а = ± 1,6
і ± 2,9 МПал/м:
_ К max — К min ҐЛ ч
К а = -------- 2-------- , (1)
де К min і К max - відповідно найменше і найбільше значення коефіцієнту
інтенсивності напружень.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 1 93
П. В. Ясній, М. П. Галущак
Коефіцієнт інтенсивності напружень обчислювався за формулою [8]
р у __
к = — 4 ж ї ,
сЬ (2)
де У = 1 ,1 2 -0,231( І / Ь ) + 10,55( І / Ь)2 - 21,72( І / Ь)3 + 30,90( І / Ь ) 4; Р -
максимальне зусилля циклу; с - товщина зразка; Ь - ширина зразка; І -
довжина тріщини (рис. 1).
Розкриття вістря тріщини визначалося за формулою [9]
і ї < г - Д 2 /А ,
ї, / Г - 1 (3)
де І1 і г - відповідно відстань від вістря тріщини до площин вимірювання
переміщення берегів надрізу і берегів тріщини; Д 1 - переміщення берегів
надрізу на відстані І1 від вістря тріщини; Д 2 - переміщення берегів
тріщини на відстані г від її вістря (рис. 1).
Оскільки фронт тріщин у більшості випадків був криволінійний, їх
середню довжину обчислювали згідно з рекомендаціями [7].
а
Рис. 3. Схеми навантаження при випробуваннях на короткочасний розтяг (а) і повзучість (б):
1 - квазістатичне; 2, 4 - комбіноване; 3 - статичне.
Залежність розкриття вістря тріщини д від К і К тах відповідно при
статичному і комбінованому навантаженні ілюструє рис. 4. У всіх експе
риментах ріст тріщини був відсутній.
Необхідно відзначити, що при статичному навантаженні зразків із різ
ною довжиною тріщин (від 11,4 до 12,6 мм) характер залежності д від К
залишається незмінним. Разом із тим розкриття вістря тріщини при ком
бінованому навантаженні більше порівняно з статичним у всіх випадках.
94 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 1
Вплив циклічного навантаження
Максимальний ефект досягається при амплітуді циклічного навантаження
К а = ± 1,6 МПал/м з частотою 25 Гц. Таким чином, спільна дія циклічного
і статичного навантаження, навіть за умови К а < , приводить до збіль
шення повзучості сплаву АМг6 на ділянці біля вістря тріщини.
Рис. 4. Залежність розкриття вістря тріщини д від К при статичному (1, 2) і від К тах при
комбінованому (3 - / = 25 Гц, К а = ±2,9 МПал/м; 4 - / = 25 Гц, К а = ±1,6 МПал/м; 5 -
f = 50 Гц, К а = ± 1,6 МПал/м) навантаженні.
Рис. 5. Залежність розкриття вістря тріщини д від часу ї при статичному (1-3) та
комбінованому (4-6) навантаженні: 1 - К 5 = 21МПал/м; 2 - К 5 = 29 МПал/м; 3 -
К 5 = 32 МПал/м; 4 - К тах = 21 МПал/м; 5 - К тах = 26 МПал/м; 6 - К тах = 31 МПал/м.
Отримані дані якісно співпадають з результатами досліджень цилінд
ричних гладких зразків, для яких додаткове до статичного низькоамплі-
тудне циклічне навантаження зумовлює зростання загальної деформації
[10].
0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 1 95
П. В. Ясній, М. П. Галущак
3 метою детального дослідження процесів повзучості у вістрі тріщини
при статичному і комбінованому навантаженні проводили другу серію
експериментів. Схема навантажень зображена на рис. 3,6. При статичних
випробуваннях зразки навантажувалися зі швидкістю K = 0,2МПа%/імс-1
до заданого рівня напружень K s . При комбінованому навантаженні до
зразка прикладали зусилля, яке зростало в часі з тією ж швидкістю
(K = 0 , 2МПал/мс- 1 ) до величини K m , після чого зразок циклічно наван
тажували з амплітудою K a =±1,1М П ал/м і частотою f = 25 Гц. Щоб
запобігти підростанню тріщини, величину амплітуди K a вибирали нижчою
за порогове значення КІН.
Аналіз експериментальних результатів (рис. 5) дозволяє стверджувати,
що незалежно від часу випробувань у діапазоні K s = 21 ...32 МПал/ім роз
криття вістря тріщини внаслідок повзучості при комбінованому наванта
женні за умови K max « K s значно більше, ніж при статичному.
В и с н о в к и
1. Для сплаву АМг6 циклічне навантаження, яке накладається додатково
до статичного розтягу зразка з тріщиною, збільшує розкриття ії вістря
порівняно з статичним розтягом.
2. Циклічне навантаження, яке накладається додатково до статичного, за
умови K a < A K th приводить до збільшення розкриття вістря тріщини вна
слідок повзучості незалежно від стадії повзучості (усталеної чи неуста-
леної).
Р е з ю м е
Исследовано влияние циклического нагружения с амплитудой, соразмерной
с пороговым коэффициентом интенсивности напряжений, на диаграмму
статического растяжения и ползучести образцов с трещинами из сплава
АМг6 . Проанализировано влияние частоты и размаха коэффициента интен
сивности напряжений на величину раскрытия вершины трещины, обуслов
ленную ползучестью.
1. L u k a s P ., K u n z L ., S k le n ic k a V. Interaction of High Cycle Fatigue with High
Temperature Creep // Strength of Materials. Japan Institute of Metals. -
1994. - P. 17 - 24.
2. П а т . № 2 3 2 3 1 A , МКВ F16L57/00. Україна. Спосіб підвищення
стійкості елементу конструкції до поширення тріщин / П. В. Ясній, В.
Ю. Подкользін, Я. О. Ковальчук. - Опубл. 19. 05. 98.
3. G ro ve r P ., S a x e n a A . Developments in creep-fatigue growth testing and
data analysis // Proc. of the 10th Biennial European Conference on Fracture.
- Berlin, 1994. - 1. - P. 3 - 23.
4. Г а л а т е н к о Г ., К а м и н с к и й A . Исследование роста усталостных трещин
в материалах с упрочнением при ползучести // Прикл. механика. -
1985. - 21, № 4. - С. 50 - 56.
96 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 1
Вплив циклічного навантаження
5. Т уляк о в Г ., С к о р о б о га т ы х В ., Г р и н е в с к и й В . Закономерности роста
трещин ползучести и усталости в стали // Фіз.-хім. механіка матеріалів.
- 1991. - № 5. - С. 78 - 84.
6 . L a ia r in a n d ra sa n a L ., P iq u e s R ., D ru b a y B . Comparison of crack-tip stress
evaluation methods in elastic-plastic and creep conditions CT specimens //
Proc. of the 10th Biennial European Conference on Fracture. - Berlin, 1994.
- 1. - P. 193 - 202.
7. Р Д 5 0 -3 4 5 -8 2 . Расчеты и испытания на прочность. Методы механи
ческих испытаний металлов. Определение характеристик трещино-
стойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. - М:
Изд-во стандартов. - 1983. - 96 с.
8 . С п р а во ч н и к по коэффициентам интенсивности напряжений: В 2 т. /
Под ред. Ю. Мураками. - М: Мир, 1990. - Т. 1. - 446 с.
9. М е х а н и к а разрушения и прочность материалов: В 4 т. / Под ред. В. В.
Панасюка. - Т. 3. Характеристики кратковременной трещиностойкости
материалов и методы их определения. - Киев: Наук. думка, 1988. -
435 с.
10. Я с н ій П . В ., Г а л у щ а к М . П ., Ф ед а к С. І. Вплив амплітуди циклічного
навантажування на динамічну повзучість алюмінієвого сплаву // Меха
ніка руйнування матеріалів і міцність конструкцій. - Львів: Каменяр,
1999. - 1, вип. 2. - С. 268 - 272.
Поступила 09. 12. 99
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 1 97
|