Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения
Исследованы закономерности развития формы фронта угловых трещин в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения. На образцах из сплавов ЭИ698 и ЭИ617 показано влияние нагружающих факторов на устойчивость формы фронта трещины отрыва. Досліджено закономірності розвитку форми...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы прочности |
|---|---|
| Дата: | 2000 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2000
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46219 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения / Б.А. Грязнов, Л.А. Заслоцкая, С.В. Кобельский, О.В. Кононученко // Проблемы прочности. — 2000. — № 3. — С. 115-119. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859476116455030784 |
|---|---|
| author | Грязнов, Б.А. Заслоцкая, Л.А. Кобельский, С.В. Кононученко, О.В. |
| author_facet | Грязнов, Б.А. Заслоцкая, Л.А. Кобельский, С.В. Кононученко, О.В. |
| citation_txt | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения / Б.А. Грязнов, Л.А. Заслоцкая, С.В. Кобельский, О.В. Кононученко // Проблемы прочности. — 2000. — № 3. — С. 115-119. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Исследованы закономерности развития формы фронта угловых трещин в условиях изотермического
и термомеханического циклического нагружения. На образцах из сплавов
ЭИ698 и ЭИ617 показано влияние нагружающих факторов на устойчивость формы фронта
трещины отрыва.
Досліджено закономірності розвитку форми фронту кутових тріщин в умовах
ізотермічного та термомеханічного циклічного навантаження. На зразках
зі сплавів ЕІ698 та ЕІ617 показано вплив навантажуючих чинників на
сталість форми фронту тріщини відриву.
We investigated crack front variation behavior of a corner fatigue crack under isothermal and thermomechanical loading conditions. We impact of the loading factors on the stability of the front shape of Mode I crack in specimens of EI698 and EI617 alloys.
|
| first_indexed | 2025-11-24T11:41:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.4
Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной
трещины в условиях изотермического и термомеханического
циклического нагружения
Б. А. Г р язн о в ,|Л . А. З аслоцкая ,| С. В. К обельский , О. В. К ононученко
Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
Исследованы закономерности развития формы фронта угловых трещин в условиях изо
термического и термомеханического циклического нагружения. На образцах из сплавов
ЭИ698 и ЭИ617 показано влияние нагружающих факторов на устойчивость формы фронта
трещины отрыва.
Введение. Методы оценки циклической трещ иностойкости элементов
конструкций чаще всего базируются на результатах испытаний образцов.
Для исследования поведения угловых трещ ин нормального отрыва, как
правило, используются пластины с концентратором (надрез, выточка, от
верстие). Следует отметить, что геометрия традиционных образцов по
зволяет исследовать закономерности развития полу- или четвертьэллипти-
ческих усталостных трещин, а общепринятые методики - получить данные
о поведении трещ ины только при постоянной температуре [1].
Величины расчетных параметров механики разрушения (например, K : )
непостоянны по фронту трещ ины и весьма чувствительны к изменениям его
идеализированной формы. Попытка переноса зависимостей развития тре
щины на случай термомеханического нагружения может привести к значи
тельным погрешностям из-за неправильной аппроксимации фронта тре
щины. Поэтому необходимо выяснить закономерности развития угловых
трещ ин при термомеханическом нагружении и сопоставить их с полу
ченными для изотермического нагружения.
М етоди ка и образцы д ля исп ы тани й . М еханическое нагружение осу
ществлялось чистым круговым изгибом. Образцы и методика испытаний в
изотермических условиях подробно описаны в [2]. Испытания при термо
механическом нагружении предполагают одновременное и независимое на
гружение образца механической и переменной температурной нагрузкой. В
этом случае механическое нагружение осуществляется по той же схеме, что
и при изотермических испытаниях.
Рабочая часть образца нагревалась токами высокой частоты, что
приводило к изменению температуры на грани рабочего сечения по схеме,
показанной на рис. 1,а. Геометрия образца обеспечивает градиенты темпе
ратур на его гранях в полуциклах нагрева и охлаждения.
Взаимодействие двух компонент определяет нагруженность рабочего
сечения и соответственно закономерность развития усталостной трещины
нормального отрыва.
Расчеты теплового и напряженно-деформированного состояния образца
выполнены с помощью трехмерного конечноэлементного пакета программ
«SPACE» (Институт проблем прочности НАН Украины).
© Б. А. ГРЯЗНОВ, Л. А. ЗАСЛОЦКАЯ, С. В. КОБЕЛЬСКИЙ, О. В. КОНОНУЧЕНКО, 2000
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, N 3 115
Б. А. Грязное, Л. А. Заслоцкая, С. В. Кобелъский, О. В. Кононученко
а
б
Рис. 1. Изменение температуры в рабочей части образца во времени (а), термических
напряжений (аг , МПа) по сечению рабочей части (б) и по ее грани (е) при отсутствии
трещины (для 5-й секунды термоцикла).
Обсуждение результатов эксперим ента. В работе [2] были оговорены
границы применимости методики испытаний по глубине трещ ины при изо
термическом нагружении. Одна из причин ограничений - схематизация
фронта трещ ины в виде семейства концентрических окружностей радиуса Я.
Следует отметить, что такая схематизация в указанном диапазоне спра
ведлива только для изотермического нагружения. В этом случае форма
фронта трещины зависит только от механической нагрузки, которая при
принятой схеме нагружения постоянна на равном расстоянии от ядра сече
ния. При термомеханическом нагружении трещ ина развивается в условиях
напряженного состояния, вызванного как механической, так и темпера
турной нагруженностью. Закон распределения температурной компоненты
нагрузки по сечению отличается от такового для механической нагрузки и
зависит не только от времени t в цикле нагрев-охлаждение, но и от
относительного расположения нагруженной зоны (рис. 1,б). Распределение
напряжений при отсутствии трещ ины на гранях сечения имеет сложный и
немонотонный характер (рис. 1,е). Наложение двух составляющих нагру
жения приводит к отклонению формы фронта трещины от круговой.
116 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 3
Закономерности изменения формы фронта
Анализ промеров положений фронта трещины по меткам в изломах
показал, что его изменение во времени хорошо описывается с помощью
семейства эллипсов с центром, лежащим на срединной линии сечения
(схема на рис. 2,а). Такое представление позволяет учесть значительные
отклонения фронта от круговой формы в окрестности выхода трещ ины на
свободную поверхность образца. При изотермическом нагружении откло
нения обусловлены исключительно свойствами поверхностного слоя образ
ца. В случае термомеханического нагружения в полуцикле охлаждения
возникают дополнительные напряжения растяжения, нормальные к берегам
трещины. Особенностью этих добавочных напряжений является их непосто
янство по глубине сечения, причем максимальные напряжения растяжения
наблюдаются не только в области вершины образца, но и в центре стороны
сечения.
Рис. 2. Изменение формы фронта угловой усталостной трещины нормального отрыва: а -
схематизация фронта трещины; б - зависимость величин полуосей а и Ь от глубины
трещины; в - зависимость соотношения величин полуосей а / Ь от глубины трещины; г -
зависимость соотношения а / Ь от относительной глубины трещины а / Н .
а
Пусть глубина трещины Б включает в себя глубину инициирующего
надреза (схема на рис. 2,а). Трещина зарождается в одном из углов рабочего
сечения и становится симметричной относительно срединной линии. Д о
стигнув глубины Б = 0,5 мм от вершины образца, она приобретает эллипти
ческую форму.
0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 3 117
Б. А. Грязное, Л. А. Заслоцкая, С. В. Кобелъский, О. В. Кононученко
Параметры фронта трещины
В , мм а, мм Ь, мм а / Ь а / Н
(Н =8,45 мм)
0,60 0,392 0,744 0,528 0,046
0,75 0,392 0,758 0,517 0,046
0,88 0,418 0,800 0,523 0,050
1,30 0,458 0,983 0,466 0,054
2,15 0,614 1,446 0,425 0,073
3,07 0,732 1,980 0,370 0,087
3,50 0,797 2,232 0,357 0,094
Параметры эллипса, описывающего фронт трещ ины в ее развитии, и
координаты его центра приведены в таблице и на рис. 2, полуось а на
правлена по срединной линии образца. Величины полуосей а , Ь и вели
чина а / Ь связаны с глубиной В соотношениями:
а = 0,33607 + 0,054212В + 0,046614В 2 - 0,0069817В 3 ;
Ь = -1 ,1 4 8 1 6 + 7 ,4022В - 9,10997В 2 + 6,50593В 3 ;
а / Ь = 0,58983 - 0,10326В + 0,01324В 2 - 0 ,00083В 3.
Представив изменение фронта трещ ины в координатах а / Ь - а / Н со
гласно [3] (рис. 2,г), где Н - высота сечения рабочей части образца, видим,
что при принятом способе инициирования трещ ины фронт приобретает
устойчивую форму уже при глубине В = 0,7...0,8 мм. Такое поведение
характерно для фронта трещ ины независимо от уровня нагруженности,
места зарождения в пределах концентратора, материала образца.
Проведем сравнительные расчеты К± от температурной составляющей
нагружения для различных глубин трещ ин и двух способов схематизации ее
фронта, а именно: для схемы, представленной на рис. 2,а, и для семейства
окружностей той же глубины В . Результаты приведены на рис. 3 в виде
зависимости в = [(К (1) - К (2)) / К 1(2)]-100% от относительного угла
у = ^ , у Е [0,1], по фронту трещины. Здесь К (1) - коэффициент интен-
п / 6 1
сивности напряжений для трещ ины глубиной В при схематизации систе
мой окружностей; К (2) - то же при схематизации согласно рис. 2,а. Видно,
что зависимость имеет неоднозначный характер как при различных глу
бинах, так и в пределах одной глубины. М аксимальное отклонение со
ставляет до 10,8%.
Следует отметить увеличение рассогласования с ростом глубины тре
щины для этих схематизаций в точке выхода трещ ины на свободную по
верхность ( у = 1). Для точек пересечения фронта трещины со свободной
поверхностью оно достигает 7% при глубине В = 3 мм.
118 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 3
Закономерности изменения формы фронта
Р, %
-ЮЛ-----■-----,-----■-----,-----■-----,-----■-----,-----■-----
О 0,2 0,4 0,6 0,8 у
Рис. 3. Зависимость относительной величины в п0 фронту трещины: 1 - Б =0,57 мм; 2 -
Б =0,80 мм; 3 - Б =2,15 мм; 4 - Б =3,0 мм.
Заклю чение. Экспериментально исследована устойчивость формы
фронта трещ ины при термомеханическом нагружении. Обнаружено и опи
сано изменение формы фронта трещ ины при термомеханическом нагру
жении по сравнению с изотермическим. Показана зависимость вычислен
ных значений К 1 по фронту трещ ины от способа схематизации ее фронта.
Предложенная схематизация позволяет уточнить расчетные величины К і по
фронту трещины.
Р е з ю м е
Досліджено закономірності розвитку форми фронту кутових тріщин в умо
вах ізотермічного та термомеханічного циклічного навантаження. Н а зраз
ках зі сплавів ЕІ698 та ЕІ617 показано вплив навантажуючих чинників на
сталість форми фронту тріщини відриву.
1. В арф ол ом еев И. В., В айнш т ок В. А., К р а со вск и й А. Я . Критерии и
устойчивость роста несквозных трещин при циклическом нагружении.
Сообщ. 1 // Пробл. прочности. - 1990. - № 8. - С. 3 - 10.
2. Т рощ енко В. Т., Г ря зн ое Б. А., Заслоц кая Л . А. и др. М етодика иссле
дования трещиностойкости материалов образцов с угловой трещиной
при циклическом нагружении // Там же. - 1998. - № 4. - С. 116 - 125.
3. В арф ол ом еев И. В., В айнш т ок В. А., К р а со вск и й А. Я . Критерии и
устойчивость роста несквозных трещин при циклическом нагружении.
Сообщ. 2 // Там же. - 1990. - № 9. - С. 11 - 16.
Поступила 14. 07. 99
ШБЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 3 119
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46219 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T11:41:27Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Грязнов, Б.А. Заслоцкая, Л.А. Кобельский, С.В. Кононученко, О.В. 2013-06-28T19:59:12Z 2013-06-28T19:59:12Z 2000 Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения / Б.А. Грязнов, Л.А. Заслоцкая, С.В. Кобельский, О.В. Кононученко // Проблемы прочности. — 2000. — № 3. — С. 115-119. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46219 539,4 Исследованы закономерности развития формы фронта угловых трещин в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения. На образцах из сплавов ЭИ698 и ЭИ617 показано влияние нагружающих факторов на устойчивость формы фронта трещины отрыва. Досліджено закономірності розвитку форми фронту кутових тріщин в умовах ізотермічного та термомеханічного циклічного навантаження. На зразках зі сплавів ЕІ698 та ЕІ617 показано вплив навантажуючих чинників на сталість форми фронту тріщини відриву. We investigated crack front variation behavior of a corner fatigue crack under isothermal and thermomechanical loading conditions. We impact of the loading factors on the stability of the front shape of Mode I crack in specimens of EI698 and EI617 alloys. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения Crack Front Variation Behavior of a Corner Fatigue Crack under Isothermal and Thermomechanical Loading Conditions Article published earlier |
| spellingShingle | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения Грязнов, Б.А. Заслоцкая, Л.А. Кобельский, С.В. Кононученко, О.В. Научно-технический раздел |
| title | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения |
| title_alt | Crack Front Variation Behavior of a Corner Fatigue Crack under Isothermal and Thermomechanical Loading Conditions |
| title_full | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения |
| title_fullStr | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения |
| title_full_unstemmed | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения |
| title_short | Закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения |
| title_sort | закономерности изменения формы фронта угловой усталостной трещины в условиях изотермического и термомеханического циклического нагружения |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46219 |
| work_keys_str_mv | AT grâznovba zakonomernostiizmeneniâformyfrontauglovoiustalostnoitreŝinyvusloviâhizotermičeskogoitermomehaničeskogocikličeskogonagruženiâ AT zaslockaâla zakonomernostiizmeneniâformyfrontauglovoiustalostnoitreŝinyvusloviâhizotermičeskogoitermomehaničeskogocikličeskogonagruženiâ AT kobelʹskiisv zakonomernostiizmeneniâformyfrontauglovoiustalostnoitreŝinyvusloviâhizotermičeskogoitermomehaničeskogocikličeskogonagruženiâ AT kononučenkoov zakonomernostiizmeneniâformyfrontauglovoiustalostnoitreŝinyvusloviâhizotermičeskogoitermomehaničeskogocikličeskogonagruženiâ AT grâznovba crackfrontvariationbehaviorofacornerfatiguecrackunderisothermalandthermomechanicalloadingconditions AT zaslockaâla crackfrontvariationbehaviorofacornerfatiguecrackunderisothermalandthermomechanicalloadingconditions AT kobelʹskiisv crackfrontvariationbehaviorofacornerfatiguecrackunderisothermalandthermomechanicalloadingconditions AT kononučenkoov crackfrontvariationbehaviorofacornerfatiguecrackunderisothermalandthermomechanicalloadingconditions |