Jump to content

Расчет на циклическую прочность: локальное превышение предела выносливости. Многоцикловая усталость.


Recommended Posts

Jesse

За прошедшее десятилетие (ухх, как же время летит!) уже были вопросы про локальные пластические деформации в статическом расчете и про локальные формы потери устойчивости.
В обоих случаях на все эти "локальности" можно подзабить. В первом случае у меня даже шаблонная фразочка есть, которую я в отчёты вставляю, ссылаясь на ГОСТ Р 57700.10-2018.

Цитата

Эти значения обусловлены так называемой сингулярностью напряжений ввиду характера приложения граничных условий и наличия острых углов, причём согласно п.5.6 [1] указанные напряжения можно проигнорировать после проведения соответствующей инженерной оценки.

Это всё хорошо. Но что у нас с цикликой?
К примеру, есть вал насоса, который в процессе работы изгибается. В валу есть шпоночные отверствия, всякие переходы вплоть до радиуса R=0.25 мм и прочая мелкая ересь, где развиваются большие напряжения, превышающие предел выносливости материала.. В то время как в основной толще материала напряжения на порядок меньше предела выносливости и там всё ок.
Как быть в этой ситуации? Ведь разрушение в процессе многоцикловой усталости происходит в результате зарождения и роста микротрещин. То есть по идее в этом радиусе R=0.25 мм трещинка пойдёт и разрушит весь весь вал за условные 10^12 циклов?

Или не разрушит? Если не разрушит, то как обосновать, что не разрушит?

С точки зрения физики/МДТТ мы знаем, что в статике у пластичного материала в малой области превысится предел текучести, появится небольшая область течения, и на этом всё. "Пластика" дальше не пойдёт. МОжно даже просчитать и проверить для успокоения души, что пластических шарниров не будет.

Но в многоцикловой усталости мы ничего расчетом проверить не можем как все эти "неприятные локальности" себя поведут за 10^12 циклов. Только кривые Веллера и т.п. Ну и результаты упругого расчета..

 

Какой эмпирико-нормативный опыт есть у человечества, чтоб показать, что разрушения и катастрофического роста трещины НЕ произойдёт за большое кол-во циклов, если в небольшом объеме материала по результатам упругого расчета напряжения превышают предел выносливости?

  • Чемпион 1
Link to post
Share on other sites


UnPinned posts
Fedor

"ГОСТ Р 57700.10-2018"  Удивительный пункт 5.3.1.   А если элементы квадратичные или более того кубичные или с более сложной структурой ?    Методы основаны на математике, а на математику тоже госты собираются написать ?   :)

Валидация это вам не верификация   https://ru.wikipedia.org/wiki/Валидация    :):):) 

Edited by Fedor
Link to post
Share on other sites
Борман
1 час назад, Jesse сказал:

Какой эмпирико-нормативный опыт есть у человечества, чтоб показать, что разрушения и катастрофического роста трещины НЕ произойдёт за большое кол-во циклов, если в небольшом объеме материала по результатам упругого расчета напряжения превышают предел выносливости?

При циклике вообще-то надо минимум и максимум знать. Есть ли вообще циклическая нагрузка ?

В остальном Газпромовская нормативка копирует атомные нормы.

 

Запасы только свои, а не атомные.

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites
Fedor

"Какой эмпирико-нормативный опыт есть у человечества"  подробно этим занимались в зубчатых передачах. Но единой теории усталости не существует. Надо смотреть буквари по Деталям машин.   https://elima.ru/books/?id=3934   Вот хорошая книжка ... 

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites
Orchestra2603
18 hours ago, Jesse said:

Но в многоцикловой усталости мы ничего расчетом проверить не можем как все эти "неприятные локальности" себя поведут за 10^12 циклов. Только кривые Веллера и т.п. Ну и результаты упругого расчета..

Ну, на самом деле можно че-нить придумать...

 

Вот, если у вас допустим две детали стыкуются под прямым углом. Оказывается, что в окрестности угла наблюдается такая же сингулярность (даже примерно такого же порядка) как у обычной трещины. Т.е. можно проанализировать асимптотические свойства около особенности и получить "типа" КИНа. Соответственно, при циклической нагрузки у этого КИНа будет размах delta_K (КИН'ы пропорциональны внешней нагруке). А дальше, как пишут во всяких теориях усталостного роста трещин, оказыается, что существует минимальное значение размаха КИНа  delta_K_th, такое, что если delta_K ниже этого предельного значения, то никакой усталости не наблюдается. Собственно, оттуда и берется предел выносливости на кривой Веллера.

deltaK_fatigue.PNG

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites
Борман
12 минут назад, Orchestra2603 сказал:

минимальное значение размаха КИНа  delta_K_th, такое, что если delta_K ниже этого предельного значения, то никакой усталости не наблюдается.

Эта кухня работает, когда трещина уже есть. Появляется она по механизму накопления повреждений (многоцикловая усталость),  а уже развивается по линейной механике разрушения. Быть может (микро)трещины тоже не допускаются. Нужна отраслевая нормативка.

Link to post
Share on other sites
AlexKaz
20 часов назад, Jesse сказал:

Как быть в этой ситуации

Для начала изменить ТЗ и не пытаться кичиться миллиардами часов безоварийной эксплутации.

Отметить в отчётной документации критический момент. По достижении этой точки дать рекомендации наблюдать за состоянием, снимать с себя ответственность, снимать изделие и обследовать, включая нарезание на образцы и исследовать кривые упрочнения; если надёжность сохраняется - продолжать эксплуатацию.

Все хотят думать, что МКЭ им даст гарантированный результат, не включая моск и практику. Нет практики? Остаётся наблюдать. Такая неписаная практика принята во всём мире.

20 часов назад, Jesse сказал:

превышающие предел выносливости материала

При каком характере и виде нагружения? Пределов выносливости много. Даже для много- и малоцикловой усталости. Вообще не факт, что для материала изделия такие данные есть в наличии в достаточном объёме.

Link to post
Share on other sites
Jesse
19 часов назад, Fedor сказал:

Удивительный пункт 5.3.1.   А если элементы квадратичные или более того кубичные или с более сложной структурой

ну, по дефолту видимо подразумеваются квадратичные элементы. ГОСТ тоже сырой, много недосказанного Не надо смотреть на него как истину в последней инстанции. Это явно лишь первый шаг для стандартизации КЭ расчетов в упругой области :-)

 

18 часов назад, Борман сказал:

При циклике вообще-то надо минимум и максимум знать. Есть ли вообще циклическая нагрузка ?

НУ как нет? На валу куча неуравновешенных масс. Сам вал тоже неидеально уравновешен, т.е. при вращении от действия центробежной силы будут напряжения возникать. Циклические напряжения.

 

18 часов назад, Борман сказал:

В остальном Газпромовская нормативка копирует атомные нормы.

 

Запасы только свои, а не атомные.

да. Вроде ГОСТ 34233 газ-нефте-хим.
дд.jpg
У вас в этой формуле коэфффы запаса по пределу прочности 2,6 вроде, а у нас в ПНАЭ 2,4:smile:

 

18 часов назад, Fedor сказал:

"Какой эмпирико-нормативный опыт есть у человечества"  подробно этим занимались в зубчатых передачах. Но единой теории усталости не существует. Надо смотреть буквари по Деталям машин.   https://elima.ru/books/?id=3934   Вот хорошая книжка ... 

гляну , спасибо

Link to post
Share on other sites
Jesse
46 минут назад, Orchestra2603 сказал:

Соответственно, при циклической нагрузки у этого КИНа будет размах delta_K (КИН'ы пропорциональны внешней нагруке). А дальше, как пишут во всяких теориях усталостного роста трещин, оказыается, что существует минимальное значение размаха КИНа  delta_K_th, такое, что если delta_K ниже этого предельного значения, то никакой усталости не наблюдается. Собственно, оттуда и берется предел выносливости на кривой Веллера.

очень интересно, спасибо.
Я в механику разрушения ноль с палочкой... но насколько знаю, КИНы - это про статику. То есть на основе упругого или пластического поля напряжений по результатам статического расчета и на основе геометрии трещины мы делаем вывод (посредством КИНов или джей-интеграла) пойдёт трещина дальше или нет.
Ну лан, я в эти дебри лезть не хочу. Я насчёт картинки... Короче, мы можем распространить как бы теорию КИНов на циклику? И сделать какие-то выводы?
И что там за "Режим "А" - НЕ механика сплошной среды"? Расшифруете картинку?) 

 

1 час назад, Orchestra2603 сказал:

Вот, если у вас допустим две детали стыкуются под прямым углом. Оказывается, что в окрестности угла наблюдается такая же сингулярность (даже примерно такого же порядка) как у обычной трещины. Т.е. можно проанализировать асимптотические свойства около особенности и получить "типа" КИНа.

да что меня смущает, что у нас ведь могут большие напряжения быть там где нет особенности. Например, в скруглении. Там упругие напряжения в МКЭ имеют сходимость. Вот мне и интересно,.. если у нас в этом скруглении будет выше предела выносливости напряжения, то тоже трещина "пойдёт" и всё сломает? Возьмём даже идеальные условия, когда у нас симметричный цикл и вообще условия нагружения в точности повторяют то, как испытывают на циклику образец и получают кривые Веллера. Там смотрят на напряжения в целом. А если у меня лишь 1% крайних волокон выше предела выносливости, то тоже хана?

44 минуты назад, AlexKaz сказал:

Все хотят думать, что МКЭ им даст гарантированный результат, не включая моск и практику. Нет практики? Остаётся наблюдать. Такая неписаная практика принята во всём мире.

чего я хочу? я хочу на основании статического или гармонического расчета (резонанс) сделать выводы об усталости и кайфовать:beach:

Link to post
Share on other sites
AlexKaz

Здесь есть про пластику, стр. ~ 110-112 и далее

https://abaqus-docs.mit.edu/2017/English/FesafePdf/FesafeFatigueTheory.pdf

Переход за предел выносливости - по идее, это и есть переход в пластику и разрушение.

41 минуту назад, Fedor сказал:

Как минимум, есть жёсткое нагружение деформациями и мягкое напряжениями. В советском пятитомнике по сварочному делу Сварка в машиностроении подробно объяснялось, какие виды усталости есть и как с ними работать.

Ну и для каждого материала формул пересчёта R навалом https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844024023375

Edited by AlexKaz
Link to post
Share on other sites
Jesse

  

52 минуты назад, Fedor сказал:
Цитата

Для железистых и титановых сплавов можно установить предельную величину максимальных напряжений цикла, при которых материал не разрушится при произвольно большом числе нагружений. Однако другие металлы, такие как медь или алюминий, подвержены усталостному разрушению под действием сколь угодно малых нагрузок. В таких случаях принято говорить об ограниченном пределе выносливости sRN где коэффициент N соответствует заданному числу циклов нагружения, и обычно принимается за 107 или 108 циклов.

Если экстраполировать эти выкладки на сталь, то получается что и сталь разрушится при небольшом превышении предела выносливости в каком-то месте.
Но мы то из практики знаем, что автобильный кардан или коленвал могут работать десятки лет, и ничего... То же касается и алюминевых пассажирский лайнеров , летающих по 30 лет. Как же объяснить, что всё стабильненько так работает?

Link to post
Share on other sites
Fedor

Если делать эксперименты на усталость, то как обычно будет некоторый разброс, то есть кривая Велера "размазана"  относительно собственно кривой. Применяют коэффициенты надежности чтобы обеспечить надежность с заданной вероятностью... 

 

image.png    https://en.wikipedia.org/wiki/Fatigue_limit   примерно так можно действовать  ... 

Link to post
Share on other sites
AlexArt

@Jesse, есть нормативный документ, по которому значения не допустимы? Есть. Дальше лезть зачем?

Истории про 100 и 1000 летние работающие механизмы это вы для дедов, которые на совок фапают, оставьте.

Да, плевать, что там и где работает. Или у вас методика расчёта неверная или вы чего-то не знаете.

Link to post
Share on other sites
Orchestra2603
1 hour ago, Борман said:

Эта кухня работает, когда трещина уже есть.

Ну, у меня какая мысль.. Трещина в механике разрушения - это же чисто геомтерический объект. Если решать задачу теории упругости с таким вот странным геометрическим объектом, то получается, что напряжения неограниченно возрастают по мере приближения к кончику трещины, как A/sqrt(r) (то же самое, что A*r^(-1/2) ), где r - расстояние от конца трещина до точки, где интересует НДС. Величина, которая пропорциональна A - и есть, по сути, КИН. Сам КИН тоже тем больше, чем трещина длиннее, пропорционально sqrt(a), где a - длина трещины.

 

Еслт таким же образом поставить задачу теории урпугости об отыскании поля напряжений в области с вырезом и искать решение в степенных функциях, то окажется, что очень похожим образом можно найти решения в районе особенности типа A*r^(-lambda). Вот картинка для примера...

image.png

 

Получается, что вырез примерно от 0 до 100 градусов дает lambda 0.4 - 0.5. Получается, что задача с вырезом и задача с трещиной в принципе подобны - поле напряжений в районе особенност имеет ту же самую функциональную зависимость. Одну задачу можно свести к другой. Т.е., выходит, что сам по себе такой вырез можн считать как некую приведенную трещину, и видимо даже исходя их формулы для КИНа можно посчитать эквивалентную длину такой трещины.

Link to post
Share on other sites
Jesse
28 минут назад, Fedor сказал:

Если делать эксперименты на усталость, то как обычно будет некоторый разброс, то есть кривая Велера "размазана"  относительно собственно кривой. Применяют коэффициенты надежности чтобы обеспечить надежность с заданной вероятностью... 

 

image.png    https://en.wikipedia.org/wiki/Fatigue_limit   примерно так можно действовать  ... 

это ещё всё для гладких образцов.
Вот что пишут

Цитата

Typical values of the limit Se for steels are one half the ultimate tensile strength, to a maximum of 290 MPa (42 ksi). For iron, aluminium, and copper alloys, Se is typically 0.4 times the ultimate tensile strength. Maximum typical values for irons are 170 MPa (24 ksi), aluminums 130 MPa (19 ksi), and coppers 97 MPa (14 ksi).[2] Note that these values are for smooth "un-notched" test specimens. The endurance limit for notched specimens (and thus for many practical design situations) is significantly lower.

 

Link to post
Share on other sites
Fedor
Цитата

Предел выносливости образцов с надрезом (и, следовательно, для многих практических ситуаций проектирования) значительно ниже.

На это есть коэффициент концентрации... 

Link to post
Share on other sites
Jesse
29 минут назад, AlexArt сказал:

есть нормативный документ, по которому значения не допустимы?

в моём нормативном документе написано недостаточно :-) потому что документ писался в 80-х, когда не было методики точного определения НДС в упругой статике :-) и выкручивались коэффами запаса/надёжности всякими, то что Фёдор выше скидывал. А сейчас уже всё есть, а методики с чем сравнивать и т.д. старые в нормативке.
Короче, извечная проблема инженера-расчетчика:smile:

 

31 минуту назад, AlexArt сказал:

Дальше лезть зачем?

как зачем? чтобы докопаться до истины. НА ютюбе даже канал такой есть "Closer to truth". Не слышали?:biggrin:

 

32 минуты назад, AlexArt сказал:

Истории про 100 и 1000 летние работающие механизмы это вы для дедов, которые на совок фапают, оставьте.

изрыгайте это в другом месте, пож-ста. Я всё понимаю: вы покинули территорию РФ, и там где вы сейчас по телеку крутят 24/7 всякие штуки. И вам тоже хочется. 
 Я так то имел ввиду в целом любые механизмы на планете Земля. Пусть самолёты будут Боингами. :-)

Link to post
Share on other sites
Fedor

"документ писался в 80-х, когда не было методики точного определения НДС" определяли экспериментально через фотоупругость, тензодатчики и иногда удавалось и аналитическими методами рассчитать.  Были составлены таблицы и в книжках их предостаточно. Кроме расчетчиков были и исследователи -  экспериментаторы    ...  :) 

Edited by Fedor
Link to post
Share on other sites
AlexKaz
2 минуты назад, Jesse сказал:

Пусть самолёты будут Боингами. :-)

Речь скорее про "ошибку выжившего", есть автомобили с движками без капиталки с пробегом 1 млн+, но их в объёме мирового автопарка статистическая погрешность.

Боинги ещё как списывают в утиль по достижению предельной усталости, и разным Африкам и ЮА продают едва живые борта, поэтому так себе показатель. Металл всё равно слабеет, пока нагрузки щадящие - летающие сараи держатся.

Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.



  • Сообщения

    • Maik812
      ты папа карло пили табуретки, и не лезь в КМ, там другое все!
    • Krusty
      Курите, вроде собрал в кучу работающий код и на скачивание файла из датасета https://github.com/Krusty84/Teamcenter-File-PushPuller
    • Killerchik
      Согласуйте с начальством и поставьте выключатель IP67, если прям нужно.
    • Vdmitriev
      Здравствуйте. Простите за оффтоп. Кто-нибудь помнит, пару лет назад в комментах скидывали ссылку на вакансию ведущего на хх с з.п. 600-700 тыс руб, вроде бы станкостроение, город провинциальный, возможно Саратов, Ульяновск, Липецк и т.д. Она ещё очень странная была. Очень хотелось бы перечитать. Можно аналогичных, с з.п. от 500 со смутными, оригинальными и тому подобными требованиями.
    • Viktor2004
      PMC1_PRM.TXT
    • power-1976
      Спасибо за ответ! Совершенно правы оказались свет идет от главного выключателя там стоят четыре автомата который один из них отвечает за свет.находятся они  в релейном шкафу. То есть я так думаю его трогать включать и выключать можно только при замене лампы. А при работающем  станке естественно туда лазить нельзя всё под напряжением. Спасибо за детальное объяснение! .
    • Sla_68
      Всем привет. Пытаюсь научиться наладить взаимодействие с графическими телами. Но информации как то мало. Можете подсказать как добраться до объектов графики? Set swApp = Application.SldWorks Set swModel = swApp.ActiveDoc Set swFeat = swModel.FirstFeature ' 1 папка всего проекта Do While Not swFeat Is Nothing Debug.Print swFeat.GetTypeName Debug.Print swFeat.name If swFeat.GetTypeName = "MeshBodyFeatureFolder" Then Set MeshFolder = swFeat.GetSpecificFeature2 '' вот это НЕ работает vBodies = MeshFolder.GetBodies 'и вот это тоже set Meshbody=vBodies(0) <== вот сюда хочу залезть и поизучать фацеты а в частности их количество end if Set swFeat = swFeat.GetNextFeature Loop если кто то знает в каком направлении копать эту тему , то прошу оказать помощь с наративами . С хелпом я пытался по API поработать, но либо я чего-то не понимаю до конца , либо это все мой ужасный английский Прикрепляю файл STL для вашего удобства Сборка.STL
    • Ветерок
      Советую включить в браузере проверку орфографии.
    • UPM_Magnet
    • UPM_Magnet
      Здравствуйте, люди добрые Установил себе  SW21 (раньше пользовался SW18) и столкнулся с такой проблемой. Открываю Сборку (см. файл) в Сборке выбираю Деталь и открываю ее в новом окне. Окно Детали открывается, Дерево построения есть, а Графической области - нету (соответственно, изображения детали нету) Главное, что часть Деталей в Сборке открываются нормально, а часть - с такими же проблемами Помогите, пожалуйста,  разобраться в чем проблема и как ее устранить ?    
×
×
  • Create New...