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

[Jesse 1,015]

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?

[Orchestra2603 275]

19 hours ago, AlekseyTa said:

А что касается вопроса в шапке темы. Разве не этим занимается механика разрушения, которая сейчас хорошо реализована в ANSYS? Там как раз исследуется как прорастает трещина. 

Так дело в том, что механика разрушения работает только тогда, когда уже есть предварительная трещиа. Она должна уже быть в моделе. Если трещины нет, то КИН и J-интеграл и все остальное просто равно нулю, и ничего не будет расти. А вводить трещину в модель, и считать с ней - во-первых, геморрно, а во-вторых, как писали, выше иногда трещины вообще не допускаются

Работать с сингулярностью как с уже существующей "виртуальной трещиной" - вот это интересная идея. Но , насколько я знаю, это МКЭ-пакеты из коробки делать не умеют. Но можно выкручиваться конечно. Но, насколько это целесообразно - хз. Как отдельный этап какой-то большой работы или НИРа - может быть, но если вы работете с суровым заказчиком, которому надо сдать побыстрее и забыть - это будет сложно.

[Orchestra2603 275]

3 hours ago, Jesse said:

за 10^8 циклов тоже исследуется?)

Так а че... Вам же просто надо прорешать какой-то набор статичных лоад кейсов с одинаковыми фиксированными ГУ и нагрузкой (равной амплитуде циклической нагрузке), но с разными варьируемыми длинами трещины a = 1.1, 1.2, 1.3.. и так далее от начальной длины a0. Т.е. просто по шажочкам удлиняете трещину вдоль предполагаемого пути ее роста. На каждом шаге сохраняете КИНы. Получаете зависимости КИНов K_I(a), K_II(a), K_III(a)  от текущей длины трещины а. Эти КИНы, кстати говоря, в циклике будут равны 1 или 1/2 от размаха КИНов, смотря какие у вас параметры циклов. Как только у вас это есть, вы просто дальше численно интегрируете, например, уравнение Пэриса. Причем можно же по циклам брать шаги delta_N = 10 или 100, например. Так что, это не такая уже тяжеловесная задача. Но нужна трещины в начале какая-то с длиной a0, плюс специальные КЭ либо сингулярные, либо с доп. степенями свободы и доп. набором функций форм.

[roiman 18]

05.03.2025 в 22:51, AlekseyTa сказал:

Да где вы такое взяли?

 

Как бы целую простыню написал, пытаясь ответить на вопрос в шапке. Вы (обращение в целом, ко всем участникам темы) уже определитесь в своих целях, что вы хотите. Или действительно разобраться в вопросе, или просто поумничать друг перед другом в этой теме. Передо мной показывать свои знания не нужно. Вопросами прочности я не занимаюсь уже 16 лет. Я просто пытался на основе остаточных знаний дать вам наводку на достаточно ценную информацию. А она ценная. Уверяю вас. Потому что даст вам хотя бы общее понимание. А общего понимания у вас нет, извините, потому как всё замешали в одну кучу - механику разрушения, остаточную прочность/ресурс, теорию пластичности по верхам, ползучесть и пр.

 

05.03.2025 в 22:51, AlekseyTa сказал:

Количество циклов может быть таким, что ресурс не будет обеспечен даже если размах напряжений значительно ниже предела текучести.

Если для вас ПНАЭ Г-002-86 действительно была настольной книгой, то вы просто не можете это не знать.

 

Да, моя ошибка. Я не уточнил, что занимался расчетами тех конструкций/деталей, для которых прочность при многоцикловом нагружении не актуальна.

[roiman 18]

06.03.2025 в 11:13, AlexKaz сказал:

как раз про этот случай. Не уточняется только, в упругом расчёте средние по сечению напряжения ушли к 2хSIGMA_T или локально. Если локально - пластика разрулит концентратор, и напряжения будут болтаться у начала sigma_T. Если же это средние по сечению - пластика не спасёт.

 

Ребят, правда разговор слепого с глухим. Да ещё в таких терминах "разрулит", и "болтаться". Что значит "разрулит"? Что по вашему будет происходить при симметричном циклическом нагружении в концентраторе напряжений, в котором напряжения превышают предел текучести? Как будет выглядеть диаграмма деформирования в нём? Здесь уже упоминался энергетический метод. Как по вашему, куда пойдёт энергия деформирования гистерезисной петли в этой диаграмме?

Никуда пластика "локально" не "уйдёт". Пластика всегда локальная. Человек не господь Бог, чтобы проектировать абсолютно равнопрочные конструкции. Пластические деформации при ЦИКЛИЧЕСКОМ нагружении - самый плохой и опасный случай, требующий пристального внимания и оценки. Механизмы разрушения я написал вам выше. К примеру, появится МАЛОцикловая усталостная трещина.

 

06.03.2025 в 00:45, Jesse сказал:

Повторюсь: как оценивать усталостную прочность конструкции, если есть острый угол и в нем упругие напряжения суть бесконечность? 

 

 Повторюсь обратно - прочитать одну из работ упомянутого автора или любую другую по теории пластичности и ползучести, если они есть. О чём там написано - я в общих словах попытался описать.

Edited March 10 by roiman

[Orchestra2603 275]

44 minutes ago, roiman said:

Я просто пытался на основе остаточных знаний дать вам наводку на достаточно ценную информацию. А она ценная. Уверяю вас. Потому что даст вам хотя бы общее понимание.

Можно ли у вас ссылку попросить? Беглый поиск ничего не дал. Можно найти работы профессора, которого вы упомянули, и  таки да, там есть любопытные штуки, но каких-то прорывных теорий всего я пока не нашел.

 

Зря вы на себя берете роль рефери - дело это неблагодарное. Это ж форум, тут кто как хочет, так и д....т. 

[roiman 18]

1 минуту назад, Orchestra2603 сказал:

Зря вы на себя берете роль рефери - дело это неблагодарное. Это ж форум, тут кто как хочет, так и д....т. 

 

Я не беру никакой роли. Просто поделился той информацией и теми знаниями, что привили и остались в сухом остатке. Не нужно - OK, без проблем.

 

53 минуты назад, Orchestra2603 сказал:

Можно ли у вас ссылку попросить?

 

Я посмотрел свои конспекты лекций по теории пластичности и ползучести. Единственные 3-и книги, которые Садаков дал в списке литературы:

1. Гохфельд Д.А. "Несущая способность конструкций в условиях теплосмены". Машиностроение, 1971 г.

2. Гохфельд Д.А., Чернявский О.Ф. "Несущая способность конструкций при повторных нагружениях".  Машиностроение, 1979 г.

3. Гохфельд Д.А., Садаков О.С. "Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях", Машиностроение, 1984 г.

 

Гохфельд Д.А. - основатель кафедры "Прикладная механика, динамика и прочность машин".

Чернявский О.Ф., Садаков О.С. - его ученики, 1-ое поколение кафедры.

[Fedor 1,664]

Цитата

Пластические деформации при ЦИКЛИЧЕСКОМ нагружении - самый плохой и опасный случай

Иногда и полезный. Например заневоливание пружин, торсионов... 

[AlexKaz 1,891]

20 часов назад, roiman сказал:

Что значит "разрулит"? Что по вашему будет происходить при симметричном циклическом нагружении в концентраторе напряжений, в котором напряжения превышают предел текучести?

Точно ли симметричный?

Ну и даже если отнулевой несимметричный, есть понятия "приработка" и "наклёп", благодаря которым цепи и звёзды в цепных передачах (привед китаемотам) что-то не разрушаются в пыль из-за высоких контактных напряжений на поверхности зубьев и пинов. ТС задачу уже 20 раз решил, наверное, а нам тут угадывать что и как.

[Jesse 1,015]

@Orchestra2603 @Борман 

В общем даже дипсик не сомневается, что при оценке усталостной прочности деталей с острыми углами/пазами/отверстиями/трещинами надо юзать механику разрушения)

   

Т.е. используем КИНы, законы Пэриса и прочее.
Хотя это было базой ещё 50 лет назад)
o-raschete-skorosti-rosta-ustalostnoy-treschiny.pdf

 

Ну и вот здесь хорошо описана тактика действия


если кратко, то в МКЭ рассчитываем КИН, и далее вручную по формулке Пэриса оцениваем рост трещины..

Edited November 14 by Jesse

[Борман 2,412]

Ого, да вы типа расчетчик...

 

Начни вот этого...

14 часов назад, Jesse сказал:

если кратко, то в МКЭ рассчитываем КИН,

для вот этого

14 часов назад, Jesse сказал:

отверстиями

а потом.

14 часов назад, Jesse сказал:

вручную по формулке Пэриса оцениваем рост трещины

 

 

 

Вот же, сначала я сказал

05.06.2024 в 11:05, Борман сказал:

Эта кухня работает, когда трещина уже есть. Появляется она по механизму накопления повреждений (многоцикловая усталость),  а уже развивается по линейной механике разрушения. 

а потом дипсик

[Jesse 1,015]

3 часа назад, Борман сказал:

Начни вот этого...

В следующий раз буду форсить этот вариант, даже когда потребуют за 2 дня ответ дать)

 

Edited November 15 by Jesse