Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с " Низкая циклическая усталость" )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Малоцикловая усталость имеет две основные характеристики: пластическую деформацию в каждом цикле; и явление низкого цикла, при котором материалы имеют конечный срок службы для этого типа нагрузки. Термин « цикл» относится к повторяющимся нагрузкам, которые в конечном итоге приводят к усталости и неудачам; Низкий цикл относится к длительному периоду между приложениями.

Изучение усталости сосредоточено в основном на двух областях: расчет размеров в аэронавтике и производство энергии с использованием передовых методов расчета. Результат LCF позволяет нам более глубоко изучить поведение материала, чтобы лучше понять сложные механические и металлургические явления ( распространение трещин , деформационное разупрочнение, концентрация деформации, деформационное упрочнение и т. Д.). [1]

История [ править ]

Общими факторами, которые приписывают малоцикловой усталости (LCF), являются высокие уровни напряжения и небольшое количество циклов до отказа. Было проведено множество исследований, особенно за последние 50 лет, по металлам и взаимосвязи между температурой , нагрузкой и количеством циклов до отказа. Испытания используются для построения кривой SN , и было показано, что количество циклов до отказа уменьшалось с увеличением температуры. Однако обширное тестирование было бы слишком дорогостоящим, поэтому исследователи в основном прибегали к использованию анализа методом конечных элементов с использованием компьютерного программного обеспечения. [2]

График, на котором сравнивается количество циклов до отказа для малоцикловой и многоцикловой усталости.

В ходе многих экспериментов было обнаружено, что характеристики материала могут изменяться в результате LCF. Пластичность разрушения имеет тенденцию к снижению, величина которой изначально зависит от наличия небольших трещин. Для проведения этих испытаний обычно использовалась электрогидравлическая испытательная машина с сервоуправлением, поскольку она способна не изменять амплитуду напряжения . Было также обнаружено, что выполнение испытаний на малоцикловую усталость образцов с уже просверленными отверстиями более подвержено распространению трещин и, следовательно, более значительному снижению пластичности разрушения. Это было верно, несмотря на небольшие размеры отверстий от 40 до 200 мкм. [3]

Характеристики [ править ]

Когда компонент подвержен малоцикловой усталости, он многократно пластически деформируется. Например, если деталь должна быть нагружена растяжением до тех пор, пока она не будет окончательно деформирована (пластически деформирована), это будет считаться одним полупериодом малоцикловой усталости или LCF. Чтобы завершить полный цикл, деталь необходимо деформировать до ее первоначальной формы. Количество циклов LCF, которое деталь может выдержать до выхода из строя, намного меньше, чем при обычной усталости. [4]

Это состояние высокой циклической деформации часто является результатом экстремальных условий эксплуатации, например резких перепадов температуры. Термические напряжения, возникающие при расширении или сжатии материалов, могут усугубить условия нагружения детали, что может сказаться на характеристиках LCF.

Механика [ править ]

Часто используемым уравнением , описывающим поведение малоцикловой усталости, является соотношение Коффина-Мэнсона (опубликовано Л. Ф. Коффином в 1954 г. и С. С. Мэнсоном в 1953 г.):

где,

  • Δε p / 2 - амплитуда пластической деформации;
  • ε f '- эмпирическая константа, известная как коэффициент усталостной пластичности, определяемый точкой пересечения деформации при 2N = 1;
  • 2 N - количество обращений к отказу ( N циклов);
  • c - эмпирическая константа, известная как показатель усталостной пластичности , обычно в диапазоне от -0,5 до -0,7. Маленький c приводит к долгой усталостной жизни. [5]

Известные неудачи [ править ]

Заслуживающим внимания событием, в котором отказ был результатом LCF, было землетрясение 1994 года в Нортридже . Обрушились многие здания и мосты, в результате чего пострадали более 9000 человек. [6] Исследователи из Университета Южной Калифорнии.проанализированы основные участки десятиэтажного дома, подверженные малоцикловой усталости. К сожалению, было мало экспериментальных данных, доступных для прямого построения кривой SN для малоцикловой усталости, поэтому большая часть анализа заключалась в построении графика многоцикловой усталости на кривой SN и удлинении линии для этого графика, чтобы создать часть кривая малоцикловой усталости по методу Пальмгрена-Майнера. В конечном итоге эти данные были использованы для более точного прогнозирования и анализа повреждений, аналогичных типам десятиэтажного стального здания в Нортридже . [7]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Пино, Андре (2013). «Малоцикловая усталость». Усталость материалов и конструкций: Основы : 113–177.
  2. ^ Агроэл, Рич (июль 2014). «Прогнозирование срока службы при низком цикле усталости» (PDF) . Иджерт . Richa Agrawal . Проверено 18 февраля 2016 .
  3. ^ Мураками, Y .; Миллер, KJ (2005-08-01). «Что такое усталостное повреждение? Точка зрения наблюдения за процессом малоцикловой усталости». Международный журнал усталости . Конференция по кумулятивным усталостным повреждениям - Конференция по кумулятивным усталостным повреждениям Севильского университета, 2003 г. 27 (8): 991–1005. DOI : 10.1016 / j.ijfatigue.2004.10.009 .
  4. ^ «Понимание усталости» (PDF) . ASME . DP DeLuca.
  5. ^ О'Доннелл, У. Дж. И Б. Ф. Лангер. Ядерная наука и инженерия, том 20, стр. 1-12, 1964.
  6. ^ Тейлор, Алан. «Землетрясение в Нортридже: 20 лет назад сегодня» . Атлантика . Проверено 18 февраля 2016 .
  7. ^ Nastar Навид (2008). «Влияние малоцикловой усталости на десятиэтажное стальное здание» (PDF) . Проверено 18 февраля 2016 .