www.mexanik.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ

Анализ случаев поломок машин свидетельствует о том, что большинство поломок происходит вследствие усталости металлов. Этот вид разрушения металлов наблюдается при повторном и повторно-переменном действии нагрузки и характеризуется тем, что даже детали из пластичных металлов разрушаются без искажения своей формы и изменения размеров вследствие распространения усталостной трещины. Усталостное разрушение металлов наиболее опасно, поскольку в условиях отсутствия пластической деформации, «сигнализирующей» о приближающейся опасности, разрушение происходит внезапно и Может привести к катастрофе.

С первого момента обнаружения усталостных поломок (середина XIX ст.) указанное явление стало предметом тщательного исследования. По мере развития науки и техники, создания новых высоконапряженных машин и конструкций существенно усложняются условия работы материалов, применяются новые ранее не изученные материалы, повышаются требования к точности расчетов на прочность. Все это приводит к необходимости расширения круга вопросов, подлежащих исследованию Так, развитие авиации и ряда других отраслей техники потребовало исследования прочности металлов в условиях повторного нагружения при больших уровнях нагрузки и малых частотах нагружения, в результате чего возникло новое понятие — малоцикловая усталость. Развитие турбостроения, атомной энергетики привело к необходимости исследования прочности металлов в условиях, когда механические нагрузки в конструкции связаны с изменениями температу ры. В результате возникло понятие термической усталости металлов.

Применение в авиации реактивных двигателей, обусловливающих вследствие наличия реактивных струй возникновение значительных акустических давлений в обшивке самолета, привело к исследованию акустической усталости металлов Создание двигателей с высокой удельной мощностью (газовые турбины, реактивные двигатели и т. п.) привело к изменению рабочих параметров (в первую очередь, температуры) и поставило на повестку дня вопрос об исследовании прочности (в том числе в условиях повторно-переменных нагрузок) жаропрочных сплавов, тугоплавких металлов, керамических и металлокермичес-ких материалов при весьма высоких температурах. Проблемы, связанные с освоением космоса, развитием химической промышленности, выдвигают задачу исследования характеристик усталости металлов при весьма низких температурах и т. д.

Расширение круга вопросов, подлежащих исследованию в области усталости металлов, не снимает с повестки дня всестороннее изучение критериев усталостного разрушения металлов и создание на их основе научно обоснованных методов расчетов на прочность деталей машин.

В данной монографии рассматриваются вопросы усталости и неупругости металлов при весьма большом числе циклов нагружения до разрушения. Основное внимание уделяется результатам исследования в условиях комнатной температуры и воздушной среды.

Известно, что неупругость металлов, которая определяется в первую очередь нелинейной зависимостью между напряжениями и деформациями при циклическом нагружении, обусловлена факторами, связанными с процессом усталостного повреждения металлов. Поэтому исследование неупругости металлов для установления критериев усталостного разрушения металлов представляет существенный интерес. Исследование закономерностей неупругого деформирования металлов в связи с разработкой методов оценки усталостного повреждения металлов, весьма перспективно, в частности при создании ускоренных методов определения пределов усталости.

Несмотря на давний интерес исследователей к изучению закономерностей неупругого деформирования и необратимого рассеяния энергии в металлах в связи с их усталостью, этот вопрос нельзя считать хорошо изученным.

Монография состоит из четырех глав. В первой главе приводятся сведения, характеризующие структурную неоднородность металлов, которая оказывает существенное влияние на процесс неупругого деформирования и усталостного разрушения. Рассматриваются статистические теории, позволяющие учесть влияние структурной неоднородности при разрушении различных классов материалов в условиях статического и циклического нагружения.

Вторая глава посвящена вопросам усталости металлов. В ней рассматриваются методы исследования усталости металлов, механизм усталостного разрушения и основные закономерности, проявляющиеся при усталостном разрушении металлов.

В третьей главе рассматриваются методы исследования неупругости металлов, особое внимание уделяется методу динамической петли гистерезиса. Приводятся полученные непосредственно в процессе испытаний металлов на усталость данные, характеризующие закономерности неупругого деформирования и необратимого рассеяния энергии в различных металлах и сплавах с учетом влияния напряжений, числа циклов нагружения, температуры и вида напряженного состояния.

В четвертой главе дан анализ деформационных и энергетических критериев усталостного разрушения металлов, предложены новые критерии, основанные на обобщении экспериментальных результатов, изложенных в предыдущей главе, описаны методы ускоренного определения предела усталости.

Первые две главы основаны на известных литературных данных. В последних двух главах представлены в основном результаты оригинальных исследований, выполненных в последние годы в отделе усталости и термоусталости материалов Института проблем прочности АН УССР под руководством и при непосредственном участии автора.

Автор выражает благодарность академику АН УССР Г. С. Писаренко за помощь при проведении исследований, положенных в основу данной монографии.

Назад, на страницу описания