Повреждаемость при повторно-переменном нагружении.

Это нагружение приводит к усталости материала. Усталость – это процесс накопления повреждений под действием повторно-переменных напряжений, необратимых изменений, приводящих к образованию трещин и разрушению конструкций. Усталостные, прогрессирующие во времени разрушения → последовательность случайных процессов:

• Накопления первичных напряжений (скопление дислокаций);

• Формирование микротрещин, слияние в макро;

• Распространение магистральной усталостной трещины;

• Статического долома.

Различают знакопеременность и повторяемость (многократность) нагружения (см. рис.).

Опасность усталостного разрушения по сравнению с длительным статическим заключается в более низком разрушающем напряжении (до половины статической прочности и ниже) и в более резком влиянии на прочность конструктивных, технологических и коррозионных факторов.

К типовым усталостным разрушениям относятся разрушения рабочих лопаток компрессора и турбины, отдельных участков обшивки планера, заклепочных соединений. Склонность к образованию трещин у поврежденных повторно-переменными нагрузками элементов авиационных конструкций зависит (при фиксированном уровне напряжения) от макро и микро геометрии поверхности, от остаточной напряженности поверхности, и от состояния макро-, микро- и субмикро структуры материала.

Существенного влияния на макро и микро геометрию поверхности элементов конструкции наработка оказать не может. А последние два фактора влияют на накопление усталостных повреждений при работе. На интенсивность накопления оказывают влияние условия работы конструкции (многокомпонентность нагрузок, наличие кратковременных резонансных нагрузок, температура среды), т.е. степень нестационарности нагружения.

При многоцикловой усталости (когда элемент набрал больше 10⁸ циклов) разрушение происходит по телу зерен материала, по полосам скольжения двойников, т.е. имеет интеркристаллический характер.

Следовательно, усталостная повреждаемость, как и повторно-переменная, от длительно приложенных нагрузок, является структурно-чувствительной.

А) суммирование усталостных повреждений.

Рассмотрим накопление усталостных повреждений при напряжениях выше предела выносливости (кратковременные резонансные режимы работы).

Суммарная повреждаемость в этой области может быть выражена:

nb

i

П_n = Σ·ΔП, ΔП – повреждение за один цикл нагружения;

N – число циклов нагружения.

Предельное число N, при котором происходит образование усталостной трещины и окончательное разрушение, создает предельное повреждение П_N, которое принято=1:

П

n

1

_N= Σ·ΔП=1

Схема нестационарного ступенчатого нагружения.

При действии напряжения в течении n₁ циклов накапливается усталость по линии 1-2 (доля накопленной усталости – n₁/N). Переход к напряжениям σ₂ происходит по горизонтальной линии 2 – 3, дальнейшее накопление повреждений происходит по линии 3 – 4 (с долей накопленной усталости n₂:N₂) и т.д.

Т еперь рассмотрим суммирование усталостных повреждений при нагрузках, не превышающих расчетные.

На основании результатов исследования – вывод: - при изменении отношения n/N от 0 до 0,6 снижения предела выносливости составляет 10 – 15%

- при стремлении n/N к единице снижения предела выносливости достигает 100%.

Для реальных условий эксплуатации соотношение n/N – 0,1 – 0,25 – снижение запасов по усталостной прочности от повреждения резонансными не более 10%.

Всевозможные вырезы, геометрические переходы, галтели, повреждения при эксплуатации – забоины, задиры, вмятины, на микроуровне – неровности, подрезы, риски, царапины.

Что такое коэффициент концентрации напряжения?

Это число, показывающие, во сколько раз местное напряжение действующее в окрестности концентратора, превышает нормальное напряжение.

К оэффициент концентрации напряжений К (σ) зависит от формы концентрата, его размеров и свойств материалов. От таких свойств материалов зависит чувствительность к надрезу?

• Которая изменяется с наработкой и зависит от степени циклического старения.

а) Напряженное состояние поверхностного слоя элемента конструкции;

б) Отношение предела текучести σ_0,2 к пределу прочности σ_в материала (σ_0,2: σ_в).

а) Называют вид и распределения по глубине остаточных технологических напряжений.

б) Иная закономерность наблюдается у соотношения σ_0,2: σ_в. С увеличением числа циклов нагружения отношение имеет монотонную тенденцию к снижению рис. 2.13. что влечёт снижение чувствительности к надрезу. Это наблюдается у циклически упрочняющие сплавов при нагрузки не более 0.2 σ_-1. Признаки циклического упрочнение: - с увеличением числа циклов нагружение, наработки постепенно растут: значение σ_в, σ_0,2, твердость НВ, удельная энергия деформирование W; - улучшаются характеристики однородности поверхностного слоя.

Перечисленные меры способствует продлению ресурса.