Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей

 

Изобретение позволяет расширить область использования способа определения разрушающих напряжений за счет его применения к деталям различной конфигурации, выполненным из сталей с различными механическимй свойствами и разрушавшимся от воздействия переменных на грузок в широком спектре частот. Определяют фактические значения предела прочности и условного предела текучести материала ис следуемой детали, определяют частоту ее нагружения. Измеряют радиус,а при малых выточках и глубину концентратора напряжений, от которого пошло разрушение, и размер сечения детали в Направлении развития этого разрзтаения. По фрактограммам, снятым с поверхности разрушения детали измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения. Из опытных зависимостей определяют значения градиентно-частотной поправки, напряжения течения циклически упроченного материала, относительного размера начальной реально-напряженной зоны пластической деформации, коэффициента интенсивности напряжений, и по формуле определяют величину уровня напряжений, обусловливающих возникновение и начальное развитие трещины усталости на стальной детали . 6, ил. (Л С в 8 К9 а 5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 1 1 00

HHA КОМИТЕТ СССР (21) 3778992/24-10 (22) 07.08.84 (46) IS.02.86. Бюл. Р 6 (72) Г.В.Бондал

{53) 531.781(088.8} (56) Жегина И.П, Фрактографические особенности алюминиевых сплавов в связи с их способностью к торможению разрушения: Автореф. дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук, И.: ВИАИ, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 796657, кл. G 01 В 11/06, 1981. (54) ФРАКТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРУШАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ

ПРИ УСТАЛОСТИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

{57) Изобретение позволяет расширить область использования способа определения разрушающих напряжений за счет его применения к деталям различной конфигурации, выполнен.ным из сталей с различными мехакическими свойствами и разрушавшимся от воздействия переменных нагрузок в широком спектре частот.

Определяют фактические значения

„.SU„„1211612 предела прочности и условного предела текучести материала исследуемой детали, определяют частоту ее нагружения. Измеряют радиус, а при ! малых выточках и глубину концентратора напряжений, от которого пошло разрушение, и размер сечения детали в направлении развития этого разрушения. По фрактограммам, снятым с поверхности разрушения детали. измеряют шаг бороздок Hà разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения. Из опытных зависимостей определяют значения градиентно-частотной поправки, напряжения течения циклически упроченного материала, относительного размера начальной реально-напряженной зоны пластической деформации, коэффициента интенсивности напряжений, и по формуле определяют величину уровня напряжений, обусловливающих возникновение и начальное развитие трещины усталости на стальной детали. 6, ил.

121 1 612

Изобретение относится к методам измерения напряжений твердых тел и может быть использовано для определения разрушающих напряжений стальных деталей различных форм при установлении причин их разрушения.

Целью изобретения является расширение области использования способа определения разрушающих напряжений за счет его применения к деталям различной конфигурации, выполненным из сталей с различными механическими свойствами и разрушавшим ся от воздействия переменных нагрузок в широком спектре частот.

На фиг. 1 показана зависимость относительной градиентной поправки от частоты нагружения, на фиг. 2 зависимость приведенной частотной поправки от частоты нагружения, на фиг. 3 — зависимость скорректированного по частоте и градиенту относительного размера зоны пластической деформации от условного предела текучести материала, на фиг. 4 — зави- 25 симость относительного размера начальной реально-напряженной зоны пластической деформации от относительного размера начальной эоны пластической деформации, на фиг. 5 - функ- 3G ционалъная зависимость, определяющая коэффициент интенсивности на пряжений К,, соответствующий началу участка с равноускоренным ростом шага бороздок, на фиг. б — функциональная зависимость, определяющая коэффициент С, характеризующий скорость изменения коэффициента интенсивности напряжений К, соответствующего концу участка с равноускорен-40 ным ростом шага бороздок, от его длины °

Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей реализу- 45 ется следующей последовательностью операции.

Определяют фактические значения предела прочности бр, и условного предела текучести бо материала исследу- so емой детали.

Из технической документации и условий работы исследуемой детали устанавливают частоту, с которой иа нее воздейстговала переменная 55 во времени нагрузка, Измеряют радиус, а при малых выточках и глубину концентратора напряжений, от которого пошло разрушение, и размер сечения детали (диаметр или высоту) в направлении развития этого разрушения. Относительный градиент изменения напряжений Ь в сечении, по которому произошло разрушение, определяют по известным соотношениям.

По фрактограммам, снятым с поверхности разрушения исследуемой детали, в направлении, перпендикулярном фронту его развития, производят измерение шага бороздок b на разных удалениях L от очага разрушения и с помощью метода наименьших квадратов определяют значения коэффициентов

А и В известного уравнения

b=A ° е

М где 3 — длина участка с бороздчатым рельефом конкретного удаления от очагами (финны трещины), на котором производится измерение шага бороздок, мм, E =1-0,02 мм, е — основание натуральных логарифмов.

Имея в виду, что выражение для текущего значения 1, полученное преобразованием уравнения (1), имеет вид — — Я вЂ”вЂ”

Blate (2) It где b. — текущее значение второй

1 производной и b/dl определяют длину 1 участка равноускоренного роста шага бороздок из выражения

Й:ый) 1

В 1яе (! г где Ь» — значение d bjdl, соответствующее концу участка равноускоренного роста шага бороздок„

Ь.=Ь"/Г. +1 10 (мм- ) (4) Используя опытные зависимости, представленные на фиг. 1 и 2 для известного значения частоты с), определяют значения относительной градиентной о(>и приведенной частотной Р поправок на размер r начальной зоны пластической деформации, располагающейся в устье трещины (при и3)50 Гц значения z g „

1211612 (13) 6 +6о,а

Х =

10 причем го =г, /бв, Ng= Noo

f (16) К,К»»» Р»

Кос (9) э1 1(— 11 ос (1O) причем

= " - 6 ос ос (12) приравниваются к таковым при

d--50 Гц) .

В соответствии с опытной зависимостью, приведенной на фиг. 3, для известного значения условного предела текучести 6о,z определяют значение произведения г, g, где относительный размер начальной зоны пластической деформации в устье трещины а градиентно-частотная поправка на размер этой локальной зоны пластической деформации

У =с „>.g,, (6) В этом выражении градиентную поправку сс1предложено определять простой эмпирической зависимостью о()=1+ с,1 ° G (7) Выделив из произведения г - g значение относительного размера начальной зоны пластической деформации и используя опытную зависимость, приведенную на фиг. 4, определяют значение относительного размера r« начальной реально-напряженной зоны пластической деформации, который представляет собой отношение гас гос / 1 (8)

Используя опытную зависимость, приведенную на фиг. 5, через взаимосвязь промежуточных эмпирических функций F+ и F>, когда где К и Крс — коэффициенты интенсивности напряжений, характеризующие напряженное состояние в вершине трещин, абсо-. лютные размеры локальных зон пластической деформации которых соответственно равны г„ и г„ где ф„ — осредненная градиентночастотная поправка на коэффициент интенсивности напряжений, у -» » + —, (14) у "Ь; (15) в конечном счете определяют значение коэффициента интенсивности напряжений Ко, характеризующего напря- . женное состояние у вершины трещины в начале участка равноускоренного роста шага бороздок го к

В соответствии с опытной зависимостью, приведенной на фиг. 6 для

25 известного значения эмпирической функции И, " 1=(— -- + - ) (18)

F+F 1 F

2 F1 2 2К

30 определяют значение коэффициента пропорциональности С, Зная 1, К, и С, в соответствии

% с экспериментально установленной корреляционной зависимостью

35 К =С(Щ. ") К 1.ИПа м Ч (19) определяют значение коэффициента интенсивности напряжений К, характеризующего напряженное состояние

40 материала у Вершины. трещины В кон це участка равноускоренного роста шага бороздок.

Подстановкой выражения (19)1 в известное соотношение механики разрушения

К = 6(р, (2О) где К вЂ” коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины, 6- номинальное напряжение в сечении брутто, L — - длина трещины, с одновременной заменой К на К", L на Х+ и 6 на 6@, получают формулу

Bg К"/(1тХ") 1 ЬПа) (21 ) по которой определяют значение уров ня напряжений 6, ответственных

1211612 за возникновение и начальное развитие трещины усталости на стальных деталях с учетом их конфигурации, размеров и частоты нагружения. 5

Формула изобретения

Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей, заключающийся в том, что на поверхности разрушения в зоне регуляоного 6n-— роэдчатого рельефа измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения, определяют длину участка равноускоренного .роста шага бороздок, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования путем обеспечения исследования деталей различных форм, определяют фактические значения предела прочности 6> и условного предела текучести So,т материала исследуемой детали, определяют частоту ее нагруженияс), определяют значение относительного градиента изменения напряжений 6 в сечении, по которому З0 произошло разрушение, по опытным зависимостям относительной гради. ентной ь4,1и приведенной частотной поправок от частоты сЗ и эмпирическим соотношениям, связывающим З5 градиентную поправкус(„1 с поправкой а1.„>и относительным градиентом

G а также градиентно-частотную поправку «ф на размер начальной эоt ны пластической деформации в устье 4О трещины с поправками К,д и 5о, определяют значение поправки $ по опытной зависимости произведения относительного размера 4 начальной зоны пластической деформации в устье 45 трещины на поправку ф от условного предела текучести о, определяют

1 скорректированное по градиенту и частоте значение размера 1, по

O опытной зависимости относительного 50 размера "oc начальной реально-напряженной эоны пластической деформации в устье трещины от размера го опреде ляют значение размера 1 с, определяют значение напряжения течения 55 циклически упроченного материала 6g . ю эмпирическим соотношениям, свяывающим абсолютную величину размера Г начальной зоны пластической деформации с размером Р и пределом прочности 8<, а также абсолютную величину размера Г,«с начальной реальнонапряженной зоны пластической деформации с размером Рос и пределом прочности 6в, определяют значения размеров 1"o и 1, по эмпирическим соотношениям, связывающим коэффициент интенсивности напряжений характеризующий напряженное состояние в пластически деформированной зоне размером 1 с абсолютной величиной размера г и напряжением

6g, а также коэффициент интенсивности напряжений Кс, характеризующий напряженное состояние в пластически деформированной зоне размером 0ос с абсолютной величиной размера 1 с и напряжением 6, определяют значения коэффициентов интенсивности напряжений Ко и Кос, по эмпирическим соотношениям связывающим поправку и поправку 150 с градиентно-частотной Ж» и частотной » поправками на коэффициент инч енсивности напряжений, а также последние между собой, определяют значение осредненной градиентно-частотной поправки фк на коэффициент интенсивности. напряжений, по опытным зависимостям и эмпирическим соотношениям, связывающим коэффициенты интенсивности напряжений Ко и Кос между собой и с поправкой ф », определяют значение коэффициента интенсивности напряжениЯ К,«, характеризующего напряженное состояние у вершины трещины в начале участка с равноускоренного роста шага бороздок, и значение коэффициента пропорциональности Г, характеризующего скорость изменения коэффициента интенсивности напряжений К, который характеризует напряженное состояние у вершины трещины в конце участка с", по эмпирическому соотношению, связывающему коэффициент интенсивности напряжений К с величиной участками", коэффициентом интенсивности напряжений К» и коэффициентом пропорциональности С, определяют значение коэффициента интенсивности К", а величину напряжений брутто определяют по форг ле

1211612

0 S Ю 15 20 Z5: 30

Рие.1

Х Ю 1Х _#_ H Ж SS Фд ФХ И еМ,Г (Рие, 2

Об

Ор

Ie N à иФ жФ %, ФФ

Фиа8

1211612

1,8 ч,В

1,4 д

0,8

1211612

Составитель В. Годзиковский

Редактор М. Циткина Техред С.Мигунова Корректор И.Демчик

Заказ 634/47 Тйраж 778 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4