Технические науки/4. Транспорт
к.т.н.
Иманбеков К.А.
Казахстанский университет «Алатау», Казахстан
ПОСТРОЕНИЕ
КИНЕТИЧЕСКИХ ДИАГРАММ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ
Кинетическая диаграмма усталостного разрушения (КДУР), представляющая
зависимость скорости роста трещин dl/dN от размаха энергетического J- интеграла
, определяемого по модифицированной зависимости Райса-Черепанова,
охватывает 
мм/цикла (или от 10-7
до 1 мм/цикла) для 
от порогового размаха J- интеграла 
th до критического значения 
с.
При равных КИН
две трещины различной длины получают одинаковое приращение за один цикл
нагружения, т.е. растут с одинаковой циклической скоростью dl/dN. Приняв за
характеристики цикла Kmax и r, на основе сделанного предположения
можно записать
dl/dN=j (Kmax , r)
(1)
В
применении к нагружению по пульсирующему циклу (Kmax=DК; r = 0) из (1) получаем
dl/dN=j (DK) (2)
Дальнейшая
конкретизация полученного соотношения требует обращения к экспериментам по
определению зависимости скорости роста усталостной трещины.
Можно видеть,
что в достаточно большом диапазоне изменения скоростей зависимость является
линейной. Это дает основание использовать степенную аппроксимацию для функции j(DK), и формула увеличения длины трещины за каждый цикл (2)
принимает вид
dl/dN = С (DK) m
= С (DJ) m, (3)
где С -
константа материала, определяемая экспериментально частотой нагружения, средней нагрузкой, температурой и.т.п; m - наклон
прямой в логарифмический зависимости; 
- изменение размаха J
- интеграла, пропорционального изменению коэффициента интенсивности напряжений 
К во время каждого цикла нагружения.
1 – 10ХСНД; 2 - 15ХСНД; 3 - Ст 3.
Рисунок 1 - Кинетическая диаграмма усталостного разрушения образцов из сталей 10ХСНД, 15ХСНД, Ст3 при температуре +20ºС
По результатам
испытания одного образца можно получить несколько экспериментальных точек,
которые наносятся на диаграмму в двойных логарифмических координатах. Испытание
трех - четырех образцов из одного материала позволяет построить требуемую
экспериментальную зависимость. На рисунке 1, 2 в качестве иллюстрации приведена
такая зависимость для сталей 10ХСНД, 15ХСНД, Ст3 при разных температурных режимах на образцах.
1 – 10ХСНД; 2 - 15ХСНД; 3 - Ст
3.
Рисунок 2 - Кинетическая диаграмма усталостного разрушения образцов
На основании экспериментальных данных получены следующие корреляционные
уравнения скорости роста усталостных трещин в зависимости от размаха
циклического J-интеграла 
для исследованных
образцов стали
10ХСНД, 15ХСНД, Ст3 при разных
температурных режимах:
- при температуре + 20ºС:
а) для образцов из стали 15ХСНД
из сталей 10ХСНД, 15ХСНД, Ст3 при температуре –50ºС
(4)
б) для образцов из стали 10ХСНД
(5)
в) для образцов из стали Ст 3
(6)
- при температуре -50°С:
а) для образцов из стали 15ХСНД
(7)
б) для образцов из стали 10ХСНД
(8)
в) для образцов из стали Ст 3
(9)
Формулы (4-9),
называемые формулой Пэриса, явились предметом многочисленных исследований,
проведенных на различных материалах и в различных условиях. В настоящее время
формулы (4-9) являются основной исходной базой для практических расчетов и
экспериментальных исследований по расчету скорости роста трещины для
приведенных сталей.
По результатам
экспериментальных испытаний сварных образцов строятся кривые усталостной
прочности (кривые Велера), по которым определяется пределы выносливости
испытанных материалов.
Литература:
1
Труфяков В.И. Усталость
сварных соединений. - Киев: Наукова думка, 1973. - 247 с.
2
Николаев Г.А., Куркин
С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и
деформации конструкций: Учебное пособие. - М., 1982. - 272 с.
3
Механика разрушения и
прочность материалов. Справ. пособие, т.4. Усталость и циклическая
трещиностойкость конструктивных материалов./ Под общей ред. Панасюк В.В. - Киев:
Наукова думка, 1990. - 680 с.
4
Manson S.S. Fatigue : A Complex Subject - Some Simple Approximations //
Experimental Mechanics. 1965, July. - Р.193-226.