Расчет на усталостную прочность и долговечность

[soklakov 1 485]

Пусть предел усталости 100. Есть нагружение 150 sin wt. Разложим на два цикла 75+75, каждый из которых меньше предела усталости. И чего делать тогда? Это первое что пришло в голову. Возможно где то есть логическая ошибка.

Резонно.

Следовательно, черные металлы отпадают)) к ним такой подход не сработает. Предел усталости вообще вещь загадочная. Он, собственно, не укладывается в предположение о линейности накопления повреждений.

[kol 12]

 

Пусть предел усталости 100. Есть нагружение 150 sin wt. Разложим на два цикла 75+75, каждый из которых меньше предела усталости. И чего делать тогда? Это первое что пришло в голову. Возможно где то есть логическая ошибка.

Резонно.

Следовательно, черные металлы отпадают)) к ним такой подход не сработает. Предел усталости вообще вещь загадочная. Он, собственно, не укладывается в предположение о линейности накопления повреждений.

 

"не укладывается в предположение о линейности накопления повреждений" - не думаю что имеют смысл такие координальные высказывания... В NX актуальной версии существуют механизмы (заложены) по оценки долговечности и скорее всего на уровне современных представлений о физике процесса. Разумеется надо понимать что любой расчёт имеет лишь некоторую достоверность и не является неким абсолютом. Думаю надо освоить этот инструмент для использования его в полной мере и на опыте применения делать суждения.

PS я как автор темы только пытаюсь как то направить ход обсуждения

Изменено 3 декабря 2013 пользователем kol

[soklakov 1 485]

"не укладывается в предположение о линейности накопления повреждений" - не думаю что имеют смысл такие координальные высказывания...

Что ж тут кардинального?

 

 

существуют механизмы (заложены) по оценки долговечности и скорее всего на уровне современных представлений о физике процесса.

Современные представления о физике процесса усталостного разрушения весьма туманны.

Точнее так: понятно, что пластические деформации накапливаются и при напряжениях ниже предела текучести, но дальше гипотезы.

 

Правда, может кто знает, почему предел усталости существует? Ну так, в двух словах, на пальцах.

Тут, кстати, пишут, что может и не существует.

[Closius 8]

Правда, может кто знает, почему предел усталости существует? Ну так, в двух словах, на пальцах.

 

Это характеристика материала. Причем этот предел как известно не предел, то есть у стали существует такое наибольшее  максимальное напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого числа циклических нагружений. Но на самом деле разрушение произойдет, но через оооочень большое время.

 

А почему существует.. я думаю дело в дислокациях, то что они при наработке скапливаются в определенном месте и дальше не идут. А в алюминии дальше идут..

[soklakov 1 485]

я думаю дело в дислокациях, то что они при наработке скапливаются в определенном месте и дальше не идут.

Это в каком же? Испытания проводят на стержнях в улсовиях однородного и одноосного НДС. Чем одна точка лучше другой, чтобы в ней что-то скапливалось? Неубедительно.

[Closius 8]

 

я думаю дело в дислокациях, то что они при наработке скапливаются в определенном месте и дальше не идут.

Это в каком же? Испытания проводят на стержнях в улсовиях однородного и одноосного НДС. Чем одна точка лучше другой, чтобы в ней что-то скапливалось? Неубедительно.

 

 

В таком, что расположение дислокаций в материале может быть каким угодно. Но тут дело именно в возможности торможения дислокаций. В стали они тормозятся сильнее а в алюминии менее сильно.

 

Было бы интересно испытать на усталость монокристалл стали и алюминия. Тогда можно было бы исключить влияние дислокаций.

 

Кстати говоря у нас был такой материал (сталь) у которого усталостная прочность была выше чем предел кратковременной прочности при одинаковых условиях (температуры). Считали это бредом но в итоге подтвердили, что реально было так и все дело как раз в дислокациях. 

[JAR 28]

Кстати говоря у нас был такой материал (сталь) у которого усталостная прочность была выше чем предел кратковременной прочности при одинаковых условиях (температуры)

Это как это????

то есть один раз деталь нагрузили - сломалась, а сто раз нагрузили той же нагрузкой - не сломалась?

[Closius 8]

 

Кстати говоря у нас был такой материал (сталь) у которого усталостная прочность была выше чем предел кратковременной прочности при одинаковых условиях (температуры)

Это как это????

то есть один раз деталь нагрузили - сломалась, а сто раз нагрузили той же нагрузкой - не сломалась?

 

 

не.. допустим допустимая кратковремненная нагрузка = 100 Н, а если конструкцию нагружатьнагрузкой 50 Н  100 раз и потом померить предел кратковремненной прочности то он станет например 130 Н.

Если честно я не помню подробностей уже, помню что у нас такое было.

[Fedor 1 630]

"которого усталостная прочность была выше чем предел кратковременной прочности при одинаковых условиях" - бывает, что сначала при повышенных нагрузках немного поработают, возникают остаточные напряжения или уходят по ветке упрочнения, а потом уже на рабочем режиме усталостная прочность больше чем без этого. В торсионах заневоливание штатная операция технологическая. Бывает много где автофретирование ...  

[soklakov 1 485]

реально было так и все дело как раз в дислокациях. 

Во-первых, дислокации - довольно модельная штука. Если брать определение, как сдвиг атомных плоскостей, то их толком нет, поскольку граница зерна устроена куда более хаотично, чем ровные рядки атомов и сдвиг одних рядков относительно  других.

Я к тому, что одно дело вводить понятие дислокации или плотности дислокаций для получения тех или иных теоретических выкладок и формирования теорий в целом. Но объяснение существования предела выносливости "во всем виноваты дислокации" - слабовато.

К примеру

Но тут дело именно в возможности торможения дислокаций. В стали они тормозятся сильнее а в алюминии менее сильно.

о каком торможении речь? и что значит тормозятся сильнее? двигаются медленнее? ну да, скорость звука в стали и алюминии отличается. Но опять же - это не повод существовать пределу выносливости. Разным кривым усталости - да. Но пределу - нет.

[kol 12]

 

Правда, может кто знает, почему предел усталости существует? Ну так, в двух словах, на пальцах.

 

Это характеристика материала. Причем этот предел как известно не предел, то есть у стали существует такое наибольшее  максимальное напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого числа циклических нагружений. Но на самом деле разрушение произойдет, но через оооочень большое время.

 

А почему существует.. я думаю дело в дислокациях, то что они при наработке скапливаются в определенном месте и дальше не идут. А в алюминии дальше идут..

 

Не стоит забывать так же что предел усталости это не только характеристика материала но и ещё свойства детали - геометрический размер, форма; качество поверхности. Испытывают полированные образцы и это не то же самое что определение временного сопротивления... данный по тем образцам нельзя отнести просто к материалу - для некоторых деталей они не применимы.

[soklakov 1 485]

- геометрический размер, форма; качество поверхности.

Всю науку о прочности построили, надеясь и предполагая, что можно получить соотношения, независящие от геометрии, формы и размеров. Иначе мы тут с Вами фигней, простите, занимаемся.

Но да, насколько мне известно, предел выносливости отвязать от качества поверхности так и не получилось. Все таки в многоцикловой усталости микронеровности поверхности занительно влияют на зарождение микротрещин и генерацию тех же дислокаций.

[kol 12]

 

- геометрический размер, форма; качество поверхности.

Всю науку о прочности построили, надеясь и предполагая, что можно получить соотношения, независящие от геометрии, формы и размеров. Иначе мы тут с Вами фигней, простите, занимаемся.

Но да, насколько мне известно, предел выносливости отвязать от качества поверхности так и не получилось. Все таки в многоцикловой усталости микронеровности поверхности занительно влияют на зарождение микротрещин и генерацию тех же дислокаций.

 

Размер тоже имеет значение как ни прискорбно :)

[soklakov 1 485]

Размер тоже имеет значение как ни прискорбно :)

Масштабный фактор? Помнится принято это объяснять тем, что в большем объеме выше вероятность появления критического внутреннего концентратора. Или Вы о другом?

[kol 12]

 

Размер тоже имеет значение как ни прискорбно :)

Масштабный фактор? Помнится принято это объяснять тем, что в большем объеме выше вероятность появления критического внутреннего концентратора. Или Вы о другом?

 

об этом.

[Closius 8]

о каком торможении речь? и что значит тормозятся сильнее? двигаются медленнее? ну да, скорость звука в стали и алюминии отличается. Но опять же - это не повод существовать пределу выносливости. Разным кривым усталости - да. Но пределу - нет.

 

Скорость звука тут играет второстепенную роль. Тормозится движение дислокаций. Есть такая штука как кривая Одинга (Бочвара-Одинга). Одинг (или Бочвар или вместе) показал, что происходит некоторое упрочнение материала при увеличении кол-ва дислокаций. Я выдвинул только предположение. Кстати говоря еще идея: возможно дислокации в стали упруго перемещаются до предела выносливости, то есть дислокация перешла в определенное место, но как нагрузку сняли она обратно отошла.

 

Также есть еще одна мысль - оксидная пленка. Возможно у алюминия из-за мгновенного образования оксидной пленки при циклических нагрузках происходят микрорастрескивания. Сталь такие растрескивания самозалечивает, а алюминий не может из-за мгновенного образования оксидной пленки. Это можно проверить путем испытаний алюминия на усталость в полном вакууме или типа того...

 

PS: Это мое мнение, я буду рад если вразумите меня, но не надо только на меня плеваться)

[Fedor 1 630]

 

- геометрический размер, форма; качество поверхности.

Всю науку о прочности построили, надеясь и предполагая, что можно получить соотношения, независящие от геометрии, формы и размеров. Иначе мы тут с Вами фигней, простите, занимаемся.

Но да, насколько мне известно, предел выносливости отвязать от качества поверхности так и не получилось. Все таки в многоцикловой усталости микронеровности поверхности занительно влияют на зарождение микротрещин и генерацию тех же дислокаций.

 

Есть еще азотирование, цементация, поверхностная закалка и много чего другого, что существенно влияет на усталость.  В основном стремятся делать более хрупкой поверхность по сравнению с основным телом, а это говорит, что поднимается сигма текучести или создаются напряжения сжатия в зоне концентрации напряжений, то есть усталость как-то связана с пластичностью по моему, а пластичность с потерей устойчивости связей в материале ...

[soklakov 1 485]

Скорость звука тут играет второстепенную роль. Тормозится движение дислокаций.

Дислокации распространяются со скоростью звука, пока не упрутся в барьер, коим может быть пракически все, что угодно - граница зерна, инородное включение, поверхность, или (!) другая дислокация.

От того и:

происходит некоторое упрочнение материала при увеличении кол-ва дислокаций

Вот это сомнительно:

дислокация перешла в определенное место, но как нагрузку сняли она обратно отошла

Дислокации - "носители" пластической (необратимой) деформации. Обратно не ходят.

 

Сталь такие растрескивания самозалечивает, а алюминий не может из-за мгновенного образования оксидной пленки.

Звучит красиво и даже интересно. Но кроме черных металлов никто предела выносливости не имеет. Не только алюминий. Не так ли? А оксидная пленка практически у него одного. 

[soklakov 1 485]

Есть еще азотирование, цементация, поверхностная закалка и много чего другого, что существенно влияет на усталость. 

Это все-таки изменение свойств материала, пусть в тонком слое, но конечной толщины. Я бы разграничил с шереховатостью на концептуальном уровне.

[Closius 8]

Дислокации распространяются со скоростью звука

 

Вы путаете. Со скоростью звука распространяются возмущения в металле, дислокации двигаются с разными скоростями зависящими от многих параметров и условий. Говорить что оно равно конкретно скорости звука - не верно.

 

 

 

Дислокации - "носители" пластической (необратимой) деформации. Обратно не ходят.

 

Вот я и предположил что ходят.. При линейном нагружении они линейно ходят. И при нелинейном нагружении у них может быть некоторый эффект пружинения. К тому же при пластическом нагружении не все дислокации должны пластически ходить, могут быть места где они более нагружены или менее нагружены скажем так.

 

 

 

Звучит красиво и даже интересно. Но кроме черных металлов никто предела выносливости не имеет. Не только алюминий. Не так ли? А оксидная пленка практически у него одного.

 

Предел выносливости у много кого есть и много у кого его нет. Я всю металлургию не изучал) Причем предел выносливости имеют титановые сплавы(у которых оксидная пленка еще сильнее чем у алюминия). Возможно тут надо учесть факторы микрорастрескивания которое может не происходить при высокой вязкости материала, то есть KCV и KCU. А у Титана как известно вязкость очень высокая.