Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при усталости стальных деталей

(1% (И) 4 а 011 00 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СС техн пластической дефнта интенсивностформуле определяюя напряжений, об мации, коэфнапряжений, величину ловливающих ы фици и по уров возник трещи новение и началны усталости на ое развитиеалькой детаб(56) Жегина И.П, Фрактографическиеособенности алюминиевых сплавовв связи с их способностью к торможению разрушения: Автореф. дис,на соиск. учев. степени канд.наук, И.: ВИАИ, 1975,Авторское свидетельство СССРУ 796657, кл. О 01 В 11/06, 1981.(54) ФРАКТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРУШАКЮ 1 ИХ НАПРЯЖЕНИЙПРИ УСТАЛОСТИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ(57) Изобретение позволяет расширить область использования способаопределения разрушающих напряженийза счет его применения к деталямразличной конфигурации, выполнен.ным из сталей с различными мехакическими свойствами и разрушавшимся отвоздействия переменных нагрузок в широком спектре частот.Определяют фактические значения предела прочности и условного предела текучести материала иследу"емой детали, определяют частоту еенагружения. Измеряют радиус,а прималых выточках и глубину концентратора напряжений, от которого пошло разрушение, и размер сечения детали в направлении развития этогоразрушения. По фрактограммам, снятым с поверхности разрушения детали. измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения внаправлении, перпендикулярном фронту развития разрушения. Из опытныхзависимостей определяют значенияградиентно-частотной поправки, напряжения течения циклически упроченного материала, относительного размера начальной реально-напряженнойг значение йгЬ/ствующее концуноускоренногобороздок вет астка равста шага 4 преДУ 50 ости, для сд, опрей граизвес деляю т значенилойо( и относительно Риведенной ча на размер г астической де щейся в устье Гц значения ой диент ной ф о поправо ой зоны п 55 ал располаг при и 3)5 ци ышины Изобретение относится к методам измерения напряжений твердых тел и может быть использовано для определения разрушающих напряжений стальных деталей различных форм при уста новлении 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 разрушавшимся от воздействия переменных нагрузок в широком спектре частот.15На 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 симость относительного размера начальной реально-напряженной зоны пластической деформации от относительного размера начальной эоны пластической деформации, на фиг. 5 - функ 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 равноускоренным ростом шага бороздок, от его длины.Фрактографический способ определения разрушающих напряжений приусталости стальных деталей реализуется следующей последовательностьюопераций.Определяют фактические значенияпредела прочности бь и условногодела текучести бог материала исслеемой детали.Из технической документации иусловий работы исследуемой деталиустанавливают частоту Ы, с котороиа нее воздейс плавала переменнаяво времени нагрузка,Измеряют радиус, а при малых вточках 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 Ь на разных удалениях Ь от очага разрушения и с помощью метода наименьших квадратов определяют значения коэффициентов А и В известного уравненияЬ=Аеве где Е - длина участка с бороздчатым рельефом конкретногоудаления от очага 1. (4 иинытрещины), на котором производится измерение шага бороздок, мм, 1 =1-0,02 мм,е - основание натуральных логарифмов.Имея в виду, что выражение для текущего значения 1, полученное преобразованием уравнения 1), имеет вид 11где Ь - текущее значенпроизводной йопределяют длину 1 учаноускоренного роста шагиз выражения Используя опытные завис тавленные на фиг, 1 и тного значения частоты/В соответствии с опытной зависимостью, приведенной на фиг. 3, для известного значения условного предела текучести с)о,хопределяют значениепроизведения г, ф, где относительный размер начальной зоны пластической деформации в устье трещины а градиентно-частотная поправкана размер этой локальной зоны пластической деформации у:н,1 )ь, (б) В этом выражении градиентнуюпоправку оЭпредлокено определятьпростой эмпирической зависимостьюо(=+с ) 6 (7) Выделив из произведения г.значение относительного размера начальной зоны пластической деформации и используя опытную зависимость,приведенную на фиг. 4, определяютзначение относительного размера госначальной реально-напряженной зоныпластической деформации, которыйпредставляет собой отношение гьс гос )5 (8)Используя опытную зависимость, приведеннуюна фиг. 5, через взаимосвязь промежуточных эмпирических функций Р, и Р, когда где Ко и Кос - коэффициенты интенсивности напряжений,характеризующие напряженное состояние ввершине трещин, абсо-.лютные размеры локальных зон пластическойдеФормации которых соответственно равныи г где- осредненная градиентночастотная поправка на коэффициент интенсивности напряжений,в конечном счете определяют значе ние коэффициента интенсивности напряжений Ко, характеризующего напря- .женное состояние у вершины трещиныв начале участка равноускоренногороста шага бороздоккВ соответствии с опытной зависимостью, приведенной на фиг. б для 25 известного значения эмпирическойФункции И,"=( -- +(18) Р +Р 1 У. 11 2 Р 2 2 К З 0 определяют значение коэффициентапропорциональности С.Зная 1 , К, и С, в соответствии%с экспериментально установленнойкорреляционной зависимостью35 К =С(%2") 1 К 1 ИПа м Ч (19) определяют значение коэффициентаинтенсивности напряжений К , характеризующего напряженное состояние 40 материала у вершины. трещины в конце участка равноускоренного росташага борозДок.Подстановкой выражения 19) визвестное соотношение механики раз- рушения К = 6 Я (2 О)где К - коэффициент интенсивностинапряжений в вершине трещины,6- номинальное напряжение всечении брутто,Ь - длина трещины,с одновременной заменой К на К",Ь на Хф и 6 на 61 , получают формулу 6 =К/Отя")1 ЬПа 3 (21) по которой определяют значение уров ня напряжений 6, ответственныхза возникновение и начальное развитие трещины усталости на стальных деталях с учетом их конфигурации, размеров и частоты нагружения. 5 Формула изобретения 25 Фрактографический способ определения разрушающих напряжений при 10 усталости стальных деталей, заключающийся в том, что на поверхности разрушения в зоне регуляоного бо- - роэдчатого рельефа измеряют шаг бороздок на разном удалении от очага разрушения в направлении, перпендикулярном фронту развития разрушения, определяют длину участка равноускоренного .роста шага бороздок, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью расширения области использования путем обеспечения исследования деталей различных форм, определяют фактические значения предела прочности 6 и условного предела текучести 6 о,т материала исследуемой детали, определяют частоту ее нагруженияо 3, определяют значение относительного градиента изменения напряжений 6 в сечении, по которому ЗО произошло разрушение, по опытным зависимостям относительной гради. ентной Ы;,1 и приведенной частотнойпоправок от частоты ь 3 и эмпирическим соотношениям, связывающим 35 градиентную поправкус 1 с поправкой д. и относительным градиентом 6, а также градиентно-частотную поправкуна размер начальной эоны пластической деформации в устье 4 О трещины с поправками о. 1 и ро, определяют значение поправки ф по опытной зависимости произведения относительного размера Ро начальной зоны пластической деформации в устье 45 трещины на поправку ф от условного предела текучести о , определяют1скорректированное по градиенту и частоте значение размера 1 , поО опытной зависимости относительного 50 размера го начальной реально-напряженной эоны пластической деформации в устье трещины от размера го определяют значение размера Р , определяют значение напряжения течения 55 циклически упроченного материала 6 . ю эмпирическим соотношениям, свяывающим абсолютную величину размера г начальной зоны пластической деформации с размером Р и пределом прочности 0, а также абсолютную величину размера Г начальной реально- напряженной зоны пластической деформации с размером Ги пределом прочности 66, определяют значения размеров Го и 1 , по эмпирическим соотношениям, связывающим коэффициент интенсивности напряжений Ко, характеризующий напряженное состояние в пластически деформированной зоне размером 1 с абсолютной величиной размера г и напряжениема также коэффициент интенсивности напряжений К , характеризующий напряженное состояние в пластически деформированной зоне размером 1"О с абсолютной величиной размера 1 и напряжением 6, определяют значения коэффициентов интенсивности напряжений Каф и Ко, по эмпирическим соотношениям связывающим поправкуи поправку )50 с градиентно-частотной М и частотнойпоправками на коэффициент инченсивности 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 напряжений К, характеризующего напряженное состояние у вершины трещины в начале участка 1 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 1", по эмпирическому соотношению, связывающему коэффициент интенсивности напряжений Кфс величиной участками", коэффициентом интенсивности напряжений К и коэффициентом пропорциональности С, определяют значение коэффициента интенсивности К", а величину напряжений брутто определяют по формле1211612Составитель В.Годзиковский Редактор М.Циткина Техред С.Мигунова КорректорИ.Демчик Заказ 634/47 Тйраж 778 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4