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
  • 3 weeks later...


UnPinned posts
Jesse

Вот ещё  попалась интересная статейка про усталость и циклику.
Вводят т.н. "эффективный коэффициент концентрации", который является структурно-чувствительной характеристикой материала.

И определяют этот коэффициент посредством испытаний на усталость образцов с концентратором (дыркой) и без концентратора.

 

Т.е. я понял это дело так, что при циклике прежде всего влияют свойства самого материала, а обычные концентраторы - в меньшей степени..

 

Ну и самый главный вывод можно сделать: на напряжения в концентраторе всё-таки стоит смотреть при определении предела выносливости. По крайней мере там, где есть сходимость по линейно-упругим напряжениям...
 

Цитата

Повышение напряжений на участках местных ослаблений характеризуют коэффициентами концентрации напряженийТеоретический коэффициент концентрации напряжении определяют методами теории упругости в предположении однородности и идеальной упругости материала и выражают отношением
При циклическом нагружении эффективный коэффициент концентрации напряжений упрощенно определяют на основании кривых усталости гладкого образца и образца с концентратором напряжений (рис. 175) как отношение их пределов выносливости (k
э = σ0/σ) или разрушающих напряжений в области ограниченной долговечности при одинаковом числе циклов N(kэ = σ'0/σ').

 

При статической нагрузке концентрация напряжений зависит главным образом от пластичности материала и для пластичных материалов относительно невелика. При повышении напряжений материал в зоне ослабления приходит в состояние пластичности; образуется пластический шарнир, способствующий передаче сил на смежные, менее напряженные, участки и вызывающий релаксацию напряжений. У высокопластичных материалов в условиях статической нагрузки kэ близок к единице, т. е. концентрации напряжении не происходит. У хрупких материалов выравнивающий эффект локальной пластической деформации отсутствует и коэффициент концентрации kэ > 1.

Исключением являются серые чугуны, у которых, несмотря на хрупкость, kэ ≈ 1. Это объясняется их структурными особенностями. Серые чугуны пронизаны густой сеткой пластинчатых включений графита (см. рис. 80, а), которые эквивалентны внутренним надрезам и образуют множественные концентраторы напряжений, по силе действия превосходящие конструктивные концентраторы.

При циклической нагрузке концентрация напряжений выражена сильнее. Быстрое чередование нагрузок (а при знакопеременном нагружении — изменение их направления) подавляет развитие пластических деформаций, происходящих, как известно, с относительно небольшой скоростью. В этих условиях даже пластичные материалы ведут себя подобно хрупким, превращаясь в квазихрупкие.

Эффективный коэффициент концентрации напряжений является структурно-чувствительной характеристикой, т. е, зависит от химического состава материала, его структуры и вида термообработки. Он обратно пропорционален циклической вязкости материала.

Кроме того, эффективный коэффициент концентрации напряжений зависит от типа напряженного состояния и характеристик цикла. С увеличением коэффициента асимметрии и повышением частотности цикла kэ снижается.

 

Влияние вида нагружения и формы ослаблений характеризуется следующими ориентировочными соотношениями (при растяжении принято kэ  = 1):

Для оценки влияния материала на концентрацию напряжений введено понятие чувствительности материала к концентрации напряжений. У концентрационно-чувствительных материалов величина kэ при прочих равных условиях больше, чем у материалов, слабо реагирующих на концентраторы напряжений.

Склонность к концентрации напряжений характеризуют коэффициентами чувствительности материала к концентрации напряженийПовышенная чувствительность высокопрочных сталей к концентрации напряжений скрадывает их преимущества по прочности. Во многих случаях более выгодно применять стали умеренной прочности с низким значением коэффициента чувствительности.


 

Link to post
Share on other sites
  • 2 weeks later...
soklakov
04.06.2024 в 14:55, 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?

лять... уже четыре страницы написано...

 

я надеюсь там где-то будет указано, что это полная чушь.

такого эмпирического опыта быть не может, потому что это не так.

 

но... давайте почитаем.

Link to post
Share on other sites
  • 3 weeks later...
Jesse
30.06.2024 в 16:11, soklakov сказал:

давайте почитаем.

кстати, пробежался по вашей ссылке, что оставили в другой теме.
Кратко повторяется то, что было в предыдущем сообщении в спойлере.


эфф.png

эфф2.png

В общем, при расчёте циклики смотрим только на эффективный коэфф. концентрации, а при расчёте статики - на теоретический коэфф. конц-и.
Хотя влияние "теоретической концентрации" при расчёте тоже по идее учитывается, коэфф-ом Ksigma 

 

Итого, при расчёте циклики:
а) с учётом концетраторов берём места с максимальными напряжениями и где есть сходимость по напряжением;

б) вычисляем предел выносливости с учётом эффективной концентрации напряжений;

в) считаем кол-во циклов.

Link to post
Share on other sites
  • 3 weeks later...
soklakov
18.07.2024 в 14:59, Jesse сказал:

б) вычисляем предел выносливости с учётом эффективной концентрации напряжений;

предел выносливости - это что?

обычно это характеристика материала. но тут кажется что-то еще?

Link to post
Share on other sites
Jesse
Posted (edited)
11 часов назад, soklakov сказал:

предел выносливости - это что?

обычно это характеристика материала. но тут кажется что-то еще?

повторюсь: испытания на усталость проводят, как правило, на гладких маленьких образцах без концентраторов? А что если в рассчитываемой на многоцикловую усталость детали присутствуют концентраторы? Что если присутствует покрытие (азотирование, закалка ТВЧ)? Что если деталь большая? Всё эти факторы сказываются на появлении и развитии микротрещен..
Поэтому нужно вот это "что-то ещё", а именно коэфф-ты запаса дополнительные, учитывающие эти факторы. 

Эти идеи высказаны здесь , а реализованы вот тута

РАСЧЕТЫ ВАЛОВ РЕДУКТОРА (метод. указания).pdf

 

Edited by Jesse
Link to post
Share on other sites
  • 3 weeks later...
soklakov
03.08.2024 в 18:13, Jesse сказал:

А что если в рассчитываемой на многоцикловую усталость детали присутствуют концентраторы? Что если присутствует покрытие (азотирование, закалка ТВЧ)? Что если деталь большая?

еслми я вместо "многцикловую усталость" вставлю "статический расчет" разве вопросы перетсанут быть актуальными?

 

меж тем ответы на оба вопроса будут одинаковыми.

03.08.2024 в 18:13, Jesse сказал:

Поэтому нужно вот это "что-то ещё", а именно коэфф-ты запаса дополнительные, учитывающие эти факторы. 

звучит подозрительно

Link to post
Share on other sites
Jesse
15 часов назад, soklakov сказал:

еслми я вместо "многцикловую усталость" вставлю "статический расчет" разве вопросы перетсанут быть актуальными?

актуальными - да, и в статике всё актуально. Но актуальность разная. 
В статике концентратором зачастую пренебрегают. Ну будет у тебя в мостовом или подъёмном кране концентратор, трещинка.. да хоть дырка! От этого кран не сломается.
А вот конструкция, испытывающая циклические нагрузки, может пострадать..

Link to post
Share on other sites
  • 1 month later...
soklakov
20.08.2024 в 11:35, Jesse сказал:

А вот конструкция, испытывающая циклические нагрузки, может пострадать..

само собой, коенцтраторов быть не должно. сказки про синугярность тут не канают

 

вот и все на этом

 

Link to post
Share on other sites
10 часов назад, soklakov сказал:

само собой, коенцтраторов быть не должно. сказки про синугярность тут не канают

ну в гладких отшлифованных образцах для испытаний концентраторов не бывает. А вот в реальных сложных работающих конструкциях сколько хош. Никуда не деться от этого..

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.



×
×
  • Create New...