Технічні науки/

Галузеве машинобудування

К.т.н. Вольчев А.В.

Одесский национальный морской университет

Уточненное описание кривой коррозионной усталости

В проведенных ранее исследованиях [1, 4] показано, что кривую коррозионной усталости стальных объектов в характерном для большинства практических случаев интервале долговечностей, как и наклонный участок их кривой усталости в воздухе, можно описать единым степенным уравнением. Тем самым отпала необходимость отображать влияние коррозионной среды на сопротивление усталости конструкций отношением пределов ограниченной выносливости на базе циклов в среде к пределам выносливости в воздухе и возникла потребность в построении всей кривой коррозионной усталости, в исследовании зависимости ее положения от тех или иных факторов, в сопоставлении положения кривых коррозионной усталости и кривых усталости в воздухе для выявления связи между ними. На основании такого сопоставления созданы методики расчетного построения кривых коррозионной усталости по известному положению кривых усталости в воздухе [4] и позднее использованы в инженерных расчетах. Кроме того, констатация того факта, что кривую коррозионной усталости, не имеющую предела выносливости, можно описывать тем же уравнением, что и наклонный участок кривой усталости в воздухе, позволила открыть важную страницу в разработке ускоренных испытаний на усталость и в определении индивидуальных характеристик сопротивлёния коррозионной усталости [5]. Для испытаний на коррозионную усталость это имеет исключительное значение, поскольку такие испытания проводятся на больших базах, и их проведение по традиционной методике [6] отличается большой длительностью и высокой стоимостью. Однако распространение этой расчетной методики в область долговечностей свыше , соответствующая напряжению , циклов дает значительное занижение срока службы, (это показывает анализ данных эксплуатации деталей и результатов испытаний образцов), что приводит к значительному увеличению сумм накопленных повреждений [2, 3, 5] (в эксплуатации нагрузка не остается постоянной, поэтому возникает вопрос об оценке суммирования повреждений в связи с нерегулярностью нагрузки). При незначительном отличии напряжения от напряжения приращение долговечности к той, которая соответствует этому напряжению по экспериментально построенному левому участку кривой коррозионной усталости, невелико. Так, при напряжении оно вообще пренебрежимо мало примерно 10%. Однако при снижении напряжений, например до уровня, приращение может стать соизмеримым с величиной и даже превзойти ее в (2-2,5) раза.

Данный результат объясняется перераспределением влияния коррозионного и механического факторов в разрушении детали с понижением уровня напряжений, т.е. увеличением времени воздействия агрессивной среды.

Для расчета долговечностей , на основе полученной из опыта индивидуальной кривой коррозионной усталости по зависимостям

(1)

(2)

справедливой до долговечности , используем правые участки кривой, параметры которой будем определять дифференцированно в зависимости от долговечности .

Примем допущение, что начальные абсциссы правых участков увеличиваются пропорционально отношению (). Следовательно, в общем случае

. (3)

Тогда наклон правого участка кривой определится из выражения

, (4)

где долговечность , соответствующая напряжению остается пока неизвестной. Для этой долговечности на основании известных зависимостей и с учетом предыдущего выражения можно записать уравнение

(5)

Решая его относительно искомой величины, окончательно получаем

. (6)

В результате испытания стального трубчатого элемента инженерного сооружения, устанавливаемого на морском дне, при напряжении МПа симметричного изгиба и получена долговечность циклов. Требуется оценить долговечность элемента при напряжении Мпа. В первом приближении будем считать базовой долговечностью циклов. Соответствующее этой долговечности напряжение МПа. По формуле (6) получаем циклов. Без учета соотношения () получим циклов, т.е. на 11% меньше. Дальнейшее снижение напряжения до 50 МПа даст по уравнению левого участка кривой усталости (используя выражения (1), (2)) долговечность циклов, а по уравнению правого участка (6) - циклов. Приращение долговечности достигнет 267%.

Значительное различие долговечностей, вычисляемых указанными двумя способами, в интервале от 10⁸ до 10⁹ циклов согласовывается с анализом экспериментальных данных [7] и свидетельствует о приемлемости предложенного нового подхода к построению правых участков кривой коррозионной усталости.

Уточнение долговечности можно осуществить за счет уточнения оценок параметров C и m или хотя бы одного из них. Для привнесения такого рода уточнений требуются дополнительные исследования.

Литература

1. Олейник Н.В., Магденко А.Н., Скляр С,П. Сопротивление усталости материалов и деталей машин в коррозионных средах, - К.:Наук. думка, 1987. - 200 с.

2. Олейник Н. В. Сопротивление усталости морских инженерных сооружений // Вопросы портовой гидротехники и механизации перегрузочных работ: Сб. научн. трудов ОИИМФ. — М.: Мортехинформреклама, 1990. — С. 55 — 57.

3. Олейник Н. В. Суммирование усталостных повреждений в элементах конструкций, эксплуатируемых в морской воде // Судостроение и судоремонт: Сб. научн. трудов ОИИМФ. — М.: Мортехинформреклама, 1990. — С. 110 — 118.

4. Расчет деталей машин на коррозионную усталость / Олейник Н. В., Вольчев А.В., Бершак С. В., Васильев Н. Р.. — К.: Техніка, 1990.—152с.

5. Скляр С.П. Опытная оценка сопротивления усталости деталей машин ускоренным методом // Детали машин: Респ. межвед. научн.-техн. Сб. – 1992. – Вып. 54. – С. 79 – 82.

6. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний. – М.: Металлургия, 1978. – 304 с.

7. Стакян М. Г., Манукян Г. А. О форме кривой коррозионной усталости при сложном нагружении // Изв. АН Арм.ССР. — Сер. ТН. — 1989. — Т.42. — N 5. — С. 3 — 8.