Вопрос 1. Механизм развития повреждаемости. Повреждение конструкции повторно-переменными нагрузками приводит к усталости их материала.

Повреждение конструкции повторно-переменными нагрузками приводит к усталости их материала.

Усталость является сложным процессом накопления повреждений под действием повторно-переменных напряжений, приводящих к образованию трещин и разрушению конструкции. Возникновению магистральных усталостных трещин предшествуют микротрещины в местах концентрации дислокаций, плотность которых превышает критическую.

Усталостное, прогрессирующее во времени разрушение можно описать последовательностью случайных процессов:

- накопление первичных повреждений (скопление дислокаций);

- формирование микротрещин и слияния их в макротрещины;

- распространение магистральной усталостной трещины;

- статического долома.

Кинетика и механизм каждого из перечисленных процессов усталостного разрушения определяются комплексом внешних нагрузок, характером их изменения во времени и повреждаемостью самого материала.

Различают знакопеременность и повторяемость нагружения (рис.19). Большая часть АК работает при знакопеременном нагружении.

Рис.19. Типичные циклы повторно-переменного нагружения:

а – симметричный; б – пульсирующий; в – асимметричный знакопеременный;

г – асимметричный знакопостоянный

Опасность усталостного разрушения по сравнению с длительным статическим заключается:

– в более низком разрушающем напряжении (до половины статической прочности и ниже);

– в более резком влиянии на прочность конструктивных, технологических и коррозионных факторов.

Кривые усталости (кривые Велера) отражают зависимость усталостной долговечности от числа циклов N (рис.20). Они бывают двух типов: с выраженным горизонтальным участком (кривая 1) и монотонным снижением (кривая 2). Последнее характерно для многих сплавов и цветных металлов.

Рис.20. Кривые усталости металлов:

I – условный предел выносливости

Условным пределом выносливости считают наибольшее значение максимального напряжения цикла, не вызывающее разрушения практически при очень большом числе циклов ( и более).

Склонность к образованию трещин у поврежденных повторно-переменными нагрузками элементов АК зависит (при фиксированном уровне напряжений) от макро- и микрогеометрии поверхности, от остаточной напряженности поверхности, от состояния макро- , микро- и субмикроструктуры материала.

Существенного влияния на макро- и микрогеометрию поверхности элементов АК наработка оказать не может. Последние два фактора имеют прямое отношение к накоплению усталостных повреждений при работе.

Процесс усталостной повреждаемости в целом поддается управлению. К управляющим факторам относят ряд конструктивных мер по увеличению поперечных сечений элементов, отстройку от резонансных частот колебаний, устранение конструктивных концентраторов напряжений. Положительно сказывается и совершенство технологического процесса изготовления.