Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Рассмотренные выше закономерности разрушения относились к двум основным стадиям разрушения — к моменту образования микротрещины при числе циклов Мс и к моменту полного разрушения й/!. В диапазоне между й/! и й/е происходит рост трещины от начального размера !е до критического !„. При амплитудах номинальных напряжений па в пределах от 0,3 ат до 0,8а, когда соблюдаются основные соотношения механики разрушения, скорость развития трещин определяется размахом ЛК коэффициента интенсивности напряжений.
При этом между величиной приращения длины трещины на цикл нагрузки д!/г(!т' и ЛК существует степенная зависимость, предложенная Пэрисом: где С 1 и гпа1 — постоянные, зависящие от материала и условий нагружения. Уравненйе (30) справедливо как для основного металла, так и для металла сварных соединений, когда й/!) 10Я и г(!/Йт' изменяется в пределах от 2 ° 10 ь до 2 10 а мм/цикл.
Параметры уравнения (30) для ряда сварных соединений приведены (61 в табл. 4. Характеристики механических свойств металла этих соединений при статическом и циклическом нагружении указаны в табл. 3. Я. Параметры уравнения хая скорости развития трещин 95 Прочность сварных соединений при переменных нагрузках Прочность при малоцикловом нагружении Увеличение амплитуд напряжений приводит к резкому повышению скоростей развития трещин.
На рис. 11 показаны результаты малоцикловых испытаний сталей ВСтЗсп и 09Г2С и металла сварных соединений при номинальных напряжениях от 0,6 до 1,2 предела текучести и коэффициенте асимметрии в пределах 0,!в 0,2. При скоростях развития трещин более 2.10 ' 1/мм показатели степени епос —, нее/иин Н увеличиваются в 2,5 — 3 раза по сравнению с теми, которые приведены в а'й' ' табл. 4.
о — бРГ Для более широкого интервала чнсз — ПЗ сел циклов Л/ (от 3 10а до 10в) и скосх — нш ростей развития трещин (от 10 а до 10 ' ! /мм), когда размеры зон пласти- 1 ческих деформаций в вершине трещины У оказываются как существенно меньше начального размера трещин, так и со- 4 поставимыми с ними, уравнение для 7б 2 ооо скорости роста трещин можно представить [19) в форме У К .,— Кса~то' б д//дМ = С,./ '" '"1, (31) е Ф ~Кс/ Кшах где С „иос — постоянные, зависящие как и в (30), от материала и условий / нагружения; К „„— максимальное / Ч значение коэффициента интенсивности 1бо напряжений в цикле; К,~, и К,/ — по- 8 роговые значения коэффициентов интенсивности напряжений, соответствующие резкому уменьшению и уве!и личению скоростеи развития трещин.
При значениях коэффициента ин- тенсивности напряжений К , при1бб гбб ЯП шах' блнжающихся к Кев, трещины стано10б вятся практически не развивающимися. По мере приближения К „х к критичеРис. 11, Зависимость скорости разви- скомУ значению коэффициента интентия трещин от размаха коэффициента снвностинапряженнй Кс/всоответствии интенсивности напряжений: с(31) скорости развития трещины уве- личиваются до весьма больших. е — сваРное соеДинение иэ стали ВСтасж ДЛЯ "аСЧЕТОВ ОКО"ОСТЕй "ОСта т" 2 — сварное соединение иэ стали ОЭГ2С (ОМ вЂ” осиовноя металл, ПЗ вЂ” переход- щии ПО УРаВНЕНИЮ (31) В ПЕРВОМ Прниан эона, МШ вЂ” металл шва) ближении можно принять и . с= 1„0; Сп, — 10 ' и Ксь/Кс/=: 0,1.
Условность формул (30) и (31) для случая малоцнклового натруженна состоит в том, что при возникновении пластических деформаций в окрестности трещин вычислениезначений ЬК, К хи К поформуламлинейной механики разрушения становится необоснованным. В этом случае, как и для стадии образования трещин, в качестве основных следует использовать деформацнонные критерии разрушения [7]. Полагая при этом„что продвижение трещины на величину с(1 водном цикле нагружения (с(У = 1) происходит в той же зоне в вершине трещины,в которой местные деформации превышают предельные е1 — — е//е, уравнение для скорости развития трещины получается в форме й!/й//=С,(/К1 1 ° (32) 1 — 1/1ОСе (ОК1е) где С = 1/2ле/в — постоянная, зависящая от пластичности металла;те = 2— е показатель степени; 1о — начальная длина трещины.
Размах коэффициента интенсивности деформаций ЛКае в уравнении (32) связан с размахом коэффициента интенсивности напряжений степенной функцией !е г/т( )э з (33) РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ Условия образования трещин малоциклового разрушения в сварных соединениях (для низкоуглероднстых и низколегированных сталей с отношением оа /о, до 0,7) по критерию разрушения при жестком нагружении описынаются уравнением (22). Если предположить, что амплитуда упругой деформации ееа ие зависит от числа циклов Л'с и при симметричном цикле равна деформации предела выносливости е, ==~, то уравнение (22) можно записать в виде о т~ е/ о; 4// Рс (34) УМНОжая дЕфОрМацИИ В ураВНЕНИИ (34) На Е И ПрИНИМая ПрОИЗВЕдЕНИЕ ЕЕсо за амплитуду условных напряжений о*, на основе (34) получим [12) е/Е а„а= +а г.
4/У с Р' Для асимметричного цикла с коэффициентом га асимметрии условных напряжений (га = аа /а* ) снижение ов можно оценить, вычитая из исходной преш1п шах а дельной пластической деформации е/ среднюю пластическую деформацию и используя диаграмму Гудмена для предельных амплитуд условных напряжений, е/Е от 4а/ '"рс ! 1+ !+а-т +г 1 — га о, 1 — га (36) При отсутствии соответствующих экспериментальных данных в расчете следует принять [12) а,=й,а„ (37) где й 1 — коэффициент, зависящий от статической прочности (Й е = 0,4 при о, ~ ~ 70 кгс/ммв и /е т = 0,54+ 2 ° 10 с (о, — 70) при 70 ~ а, = 120 кгс/ммв); еп „= = 0,5 при о, ~ 70 кгс/ммв и трс = 0,36+ 2 ° 10 'а,при 70 =-о, ~ 120 кгс/ммв. Уравнение кривой малоциклового разрушения при мягком нагружении (для о = сопи! и коэффициенте асимметрии г = а,„/о, ) можно записать аналогично уравнению (36), если принять, что амплитуда пластической деформации где у„ — показатель степени, рассчитываемый в зависимости от упрочнения метал- ла в упругопластической области и уровня номинальных напряжений (величина у изменяется в пределах 1 — 5).
При известных условиях циклического нагружения /н (число циклов /1/, коэффициент асимметрии цикла г, максимальное напряжение цикла а,„), форме и размерах начального дефекта 1, по формулам линейноймеха- ники разрушения определяются коэффициенты интенсивности напряжений К (или ЛК), на основе интегрирования уравнений (30) — (32) строится зависимость длины трещины 1 от числа циклов У, Прочность сварных соединений при переменных нагрузках Прочность при малоцикловом нагружении определяется половиной ширины петли по уравнениям (1) и (4), а нестационарность амплитуд пластической деформации учитывается показателем степени тпвс', АЕе, О оэ в (1 т)+ 1П п,1+с' 4/1/ ос с 1+ =-— о, 1 — т где е, — предельная равномерная деформация при статическом нагружении, соот- 100 ветствУющаЯ достижению пРедела пРочности (е,=1п, т)1в — РавномеР- 100 — р, ное сужение).
По данным статических и малоцикловых испытаний можно принять гпо,= 1,2 — ' — 0,35 (39) ов оо, в/он со=тс 1 4ф 1 ° (40) 1+ —" — по, а/о, ) 100 Применительно к нетермообработанным и термообработанным сварным соеди- нениям, в которых имеются остаточные напряжения о, предполагается, что сни- жение амплитуд о" по уравнениям (36) и (38) определяется 112] снижением пре- делов выносливости о т. При отсутствии соответствующих экспериментальных данных в уравнения (36) и (38) вместо предела выносливости о т вводится предел выносливости для сварного соединения: и те =в г (1 — по/ов). (41) Для нетермообработанных сварных соединений в первом приближении напря- жения о принимаются равными пределу текучести основного металла или металла сварного шва.
Таким образом, параметры основных расчетных уравнений (36) и (38) для сварных соединений из конструкционных сталей определяются по харак- теРистикам статических механических свойств о„оо,а и т)1 Различных зон сваРного соединения для нормальных и повышенных температур в соответствии с зависи- мостями (37), (39) и (40), Сопротивление малоцикловому разрушению сварного соединения, выпол- ненного по отработанной технологии с применением ручной, автоматической или электрошлаковой сварки, можно определить (11, 121 по уравнениям (36) и (38) для основного металла с введением коэффициента ср снижения разрушающих амп- литуд, устанавливаемого экспериментально: (42) где оэ, и о'„" — разрушающие амплитуды условных напряжений для сварного соединения и основного металла соответственно.
Коэффициент срс учитывает влияние дефектности и образующихся структур сварных швов и завйсит от способа сварки, свариваемых металлов и термической обработки, Для низкоуглеродистых (о, ~ 50 кгс/мма), низколегированных (о,:== 70 кгс/ммв) и аустенитных хромоникелевых сталей коэффициенты срс при- ведены (1!) в табл. 5. Уравнения (36) и (38) используются для определения запасов по долговечности п,г и по амплитудам условных напряжений по на стадии образования трещин; Оэ (43) э оаэ где /1/э, о„'", — число циклов и амплитуд местных условных напряженийэлемента конструкции в эксплуатации, 6. Эффективные коэффициенты концентрации напряжения а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
