Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения
Рассмотрена методика расчетного прогнозирования долговечности сварных соединений при двухчастотном циклическом нагружении с применением гипотезы линейного суммирования усталостных повреждений Пальмгрена–Майера. Показано, что данная расчетная методика позволяет получить соответствующие оценки долгове...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100949 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения / В.И. Махненко, И.Ю. Романова // Автоматическая сварка. — 2009. — № 10 (678). — С. 52-54. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859695839283249152 |
|---|---|
| author | Махненко, В.И. Романова, И.Ю. |
| author_facet | Махненко, В.И. Романова, И.Ю. |
| citation_txt | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения / В.И. Махненко, И.Ю. Романова // Автоматическая сварка. — 2009. — № 10 (678). — С. 52-54. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Рассмотрена методика расчетного прогнозирования долговечности сварных соединений при двухчастотном циклическом нагружении с применением гипотезы линейного суммирования усталостных повреждений Пальмгрена–Майера. Показано, что данная расчетная методика позволяет получить соответствующие оценки долговечности соединений без дополнительных экспериментальных исследований.
The method for theoretical prediction of service life of welded joints under bifrequency cyclic loading using Palmgren-Meier's hypothesis of linear summation of fatigue damage is considered. It is shown that this calculation procedure makes it possible to obtain appropriate estimates of service life of the joints requiring no additional experimental studies.
|
| first_indexed | 2025-12-01T01:04:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791:539.43
РАСЧЕТНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ДВУХЧАСТОТНОМ
СПЕКТРЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ
Академик НАН Украины В. И. МАХНЕНКО, И. Ю. РОМАНОВА, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Рассмотрена методика расчетного прогнозирования долговечности сварных соединений при двухчастотном
циклическом нагружении с применением гипотезы линейного суммирования усталостных повреждений Пальмг-
рена–Майера. Показано, что данная расчетная методика позволяет получить соответствующие оценки долговеч-
ности соединений без дополнительных экспериментальных исследований.
К л ю ч е в ы е с л о в а : циклическое нагружение, двухчас-
тотное нагружение, расчетное прогнозирование долговеч-
ности, гипотеза линейного суммирования повреждений
Пальмгрена–Майера
Современные сварные конструкции эксплуатиру-
ются в различных условиях. При этом имеющие
место в них силовые нагрузки являются в боль-
шинстве случаев наиболее критичными с позиций
ресурса безопасности эксплуатации. Усталостные
разрушения сварных конструкций, связанные с
переменными нагрузками, являются предметом
исследований многих научных коллективов во
всем мире [1, 2]. Наиболее изучено регулярное
нагружение, которое характеризуется периоди-
ческим законом изменения нагрузки с одним мак-
симумом и одним минимумом в течение одного
периода при постоянстве параметров цикла нап-
ряжений в течение всего времени эксплуатации
(испытания).
Применительно к сопротивлению усталости
сварных соединений в условиях регулярного наг-
ружения имеется большой объем эксперименталь-
ных данных и соответствующих обобщений [1,
2] и др. Особый интерес вызывают рекомендации
относительно использования параметров сопро-
тивления усталости при регулярном нагружении
по произвольно заданному спектру (рис. 1) на
основе использования гипотезы линейного сум-
мирования повреждений Пальмгрена–Майера.
В соответствии с этой гипотезой доля повреж-
дений при любом уровне амплитуды нагружения
пропорциональна отношению количества циклов
его действия ni к предельному количеству циклов
[Nfi], что привело бы к разрушению, т. е. Di =
= ni/[Nfi], где Di — накопление повреждений при
i-м режиме. Тогда в соответствии с гипотезой
Пальмгрена–Майера это соотношение для спект-
ра, представленного на рис. 1, можно записать в
виде
D = ∑
i = 1
k ni
[Nfi]
, (1)
где k — количество режимов нагружения.
Рассмотрим применение этой гипотезы к слу-
чаю двухчастотного нагружения (рис. 2). Иссле-
дования показали, что при таком нагружении
снижение сопротивления усталости происходит в
гораздо большей степени, чем при одночастотном
с максимальной амплитудой, равной суммарному
значению амплитуд обеих составляющих цикла
[1].
© В. И. Махненко, И. Ю. Романова, 2009
Рис. 1. Пример заданного спектра циклического нагружения
Δσi ⁄ Δσ1 – ni
Рис. 2. Изменение напряжений при двухчастотном нагру-
жении
52 10/2009
В работе [1] для оценки долговечности при двух-
частотном нагружении используются эмпирические
соотношения, связывающие амплитуды напряже-
ний σa1, σa2 и долговечности [N1], [N2], где [N1],
[N2] — соответственно низко- и высокочастотные
нагружения. Чаще всего такие зависимости полу-
чают по экспериментальным данным.
В настоящей работе рассматривается возмож-
ность получения указанных зависимостей на ос-
нове гипотезы Пальмгрена–Майера.
Представим, что двухчастотное циклическое
нагружение условно состоит из двух синусоидаль-
ных, периодически изменяющихся во времени t
напряжений σ1 и σ2, которые можно представить
следующими уравнениями:
σ1 = σ0 + σa1 sin ω1t при 0 ≤ ω1t ≤ 2π, (2)
где ω1t = 2πm
M (0 ≤ m ≤ M);
σ2 =
⎧
⎨
⎩
⎪
⎪
σa2,
0 на участке m, …, m + 1,
– σa,
(3)
где σ0 — среднее значение напряжения низко-
частотного цикла; M — количество интервалов,
в пределах которых правомерны выражения (3).
Таким образом, для высокочастотного цикла
для m-го интервала имеем
σmax
(m) = σ0 + σa2 + σa1 sin 2π mM;
σmin
(m) = σ0 – σa2 + σa1 sin 2π mM .
(4)
Соответственно
Rm
в.ч =
σmin
(m)
σmax
(m) ; Δσm = σmax
(m) – σmin
(m) = 2σa2.
Кроме того, на высокочастотный цикл нагру-
жения σв.ч накладывается низкочастотный σн.ч,
при котором
Δσн.ч = 2σa2; Rн.ч =
σ0 – σa1
σ0 + σa1
. (6)
В процессе расчетов на базе долговечности N,
соответствующей количеству циклов низкой час-
тоты, получаем MN циклов. Спектр нагружения
состоит из М + 1 элементов. Допускаемое коли-
чество циклов для низко- и высокочастотной сос-
тавляющих определяется из соотношения
[N] = 5⋅106 ⎛⎜
⎝
Δσ
FATf(Rm)
⎞
⎟
⎠
–5
при [N] > 5⋅106 цикл;
[N] = 2⋅106 ⎛⎜
⎝
Δσ
FATf(Rm)
⎞
⎟
⎠
–3
при [N] < 5⋅106 цикл,
(7)
Рис. 3. Изменение долговечности при нагружении образцов из стали 22К при M = 100 (а, б) и 1000 (в, г): а — σa2/σa1 = 0,2;
б, в — 0,3; г — 0,4; 1, 2 — соответственно одно- и двухчастотное нагружение по [1]; 3 — расчетные данные, полученные на
основе гипотезы Пальмгрена–Майера
10/2009 53
где f(Rm) определяется из следующих соотноше-
ний:
f(Rm) = 1,6 при Rm ≤ –1,0,
f(Rm) = – 0,4Rm + 1,2 при – 1,0 < Rm ≤ – 0,05,
f(Rm) = 1,0 при Rm > 0,5,
m = 1, M
—
FAT — характеристика соответственно для
высоко- и низкочастотных составляющих, опре-
деляемая для данного сварного соединения по [2]
на базе N = 2⋅106 цикл либо из уравнений (7) при
заданном значении долговечности при одночас-
тотном нагружении [1].
Отсюда долговечность при двухчастотном наг-
ружении составляет
N = 1
⎛
⎜
⎝
1
[N1]
+ ∑ 1
[N2m]
m = 1
M
⎞
⎟
⎠
.
(8)
В работе [1] представлены результаты испы-
таний образцов с геометрическим концентрато-
ром из стали 22К при двухчастотном нагружении.
На рис. 3, а, б приведены соответствующие кри-
вые изменения долговечности при одно- и двух-
частотном нагружении образцов из стали 22К с
концентратором напряжения при M = 100, где
низкочастотная составляющая двухчастотного
нагружения соответствует отнулевому циклу, на
рис. 3, в, г — то же, но при M = 1000.
Как видно из рис. 3, кривые усталости, харак-
теризующие влияние двухчастотного нагружения
при различных фиксированных значениях ампли-
тудных и частотных соотношений, параллельны
исходной кривой, соответствующей одночастот-
ному нагружению. Повышение отношений амп-
литуд и частот ведет к смещению кривых в об-
ласть меньшей долговечности. На рис. 3 также
видна хорошая корреляция экспериментальных и
расчетных данных.
Таким образом, применение гипотезы линей-
ного суммирования усталостных повреждений
сварных соединений для случая двухчастотного
нагружения позволяет использовать рекомен-
дации работы [2] и получать для различных типов
соединений (при различных FAT) соответствую-
щие оценки долговечности, при этом дополни-
тельные экспериментальные исследования не
требуются.
1. Прочность сварных соединений при переменных нагруз-
ках / Под ред. В. И. Труфякова. — Киев: Наук. думка, 1990.
— 256 с.
2. Recommendation for fatigue design of welded joints and com-
ponents. — S. l., [1996]. — 117 p. — (Intern. Inst. of Welding;
Doc. XIII-1539-96/XV-845–96).
The method for calculation prediction of service life of welded joints under double-frequency cyclic loading by using
the Palmgren-Maier hypothesis of linear summation of fatigue damages is considered. It is shown that this calculation
method makes it possible to obtain appropriate estimates of service life of the joints requiring no additional experimental
studies.
Поступила в редакцию 08.05.2009
54 10/2009
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100949 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T01:04:25Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Махненко, В.И. Романова, И.Ю. 2016-05-28T15:30:07Z 2016-05-28T15:30:07Z 2009 Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения / В.И. Махненко, И.Ю. Романова // Автоматическая сварка. — 2009. — № 10 (678). — С. 52-54. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100949 621.791:539.43 Рассмотрена методика расчетного прогнозирования долговечности сварных соединений при двухчастотном циклическом нагружении с применением гипотезы линейного суммирования усталостных повреждений Пальмгрена–Майера. Показано, что данная расчетная методика позволяет получить соответствующие оценки долговечности соединений без дополнительных экспериментальных исследований. The method for theoretical prediction of service life of welded joints under bifrequency cyclic loading using Palmgren-Meier's hypothesis of linear summation of fatigue damage is considered. It is shown that this calculation procedure makes it possible to obtain appropriate estimates of service life of the joints requiring no additional experimental studies. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Краткие сообщения Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения Theoretical prediction of fatigue life of welded structures at bifrequency spectrum of cyclic loading Article published earlier |
| spellingShingle | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения Махненко, В.И. Романова, И.Ю. Краткие сообщения |
| title | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения |
| title_alt | Theoretical prediction of fatigue life of welded structures at bifrequency spectrum of cyclic loading |
| title_full | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения |
| title_fullStr | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения |
| title_full_unstemmed | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения |
| title_short | Расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения |
| title_sort | расчетное прогнозирование долговечности сварных конструкций при двухчастотном спектре циклического нагружения |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100949 |
| work_keys_str_mv | AT mahnenkovi rasčetnoeprognozirovaniedolgovečnostisvarnyhkonstrukciipridvuhčastotnomspektrecikličeskogonagruženiâ AT romanovaiû rasčetnoeprognozirovaniedolgovečnostisvarnyhkonstrukciipridvuhčastotnomspektrecikličeskogonagruženiâ AT mahnenkovi theoreticalpredictionoffatiguelifeofweldedstructuresatbifrequencyspectrumofcyclicloading AT romanovaiû theoreticalpredictionoffatiguelifeofweldedstructuresatbifrequencyspectrumofcyclicloading |