Главная > Разное > Резьбовые и фланцевые соединения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

6.9. Малоцикловая усталость

На практике встречаются случаи, когда рабочая нагрузка действует в течение ограниченного числа циклов (повторные пуски, чередование режимов и т. д.). Указанные нагрузки при числе циклов менее получили название малоцикловых. Если в условиях однократного нагружения образец разрушается при напряжениях то при повторных (малоцикловых) нагружениях с образец разрушается после циклов.

Разрушение, происходящее в результате повторных упругопластических деформаций, называется малоцикловой усталостью. Именно она часто определяет долговечность резьбовых соединений в авиационной, атомной, химической технике и т. п.

Малоцикловая усталость имеет много общего с многоцикловой усталостью. Пластические деформации при нагружении, приводящие к образованию трещин, их развитию и разрушению, происходят в зонах концентрации напряжений (во впадинах витков, под головками болтов). Поэтому сопротивление малоцикловой усталости существенно зависит от коэффициентов концентрации напряжений и технологии изготовления резьбы, головок болтов и др.

Однако механизм малоциклового разрушения значительно отличается от механизма усталостного разрушения, так как пластические деформации возникают в значительно больших объемах материала. Сопротивление деталей малоцикловому разрушению в значительной мере зависит от пластичности их материалов, тогда

Таблица 6.32. Значение для шпилек при малоцикловом нагружении

как подобная зависимость при многоцикловой усталости проявляется слабо. Темп и характер снижения прочности при малоцикловых нагрузках зависит также от уровня нагрузок, размера болта (масштабного фактора), температуры испытаний и других факторов.

Механические свойства соединений при малоцикловых нагружениях характеризуют пределом выносливости на заданной (принятой) базе испытаний, а также амплитудой полных деформаций цикла. В табл. 6.32 приведены значения пределов выносливости шпилек с нарезанной резьбой (по данным Ю. С. Данилова). Рабочие нагрузки выбирали в пределах разрушающей нагрузки.

Испытания проводили при коэффициенте асимметрии с частотой нагружения цикл

Анализ данных показывает, что высокая конструкционная прочность шпилек из стали сказывается лишь при малом числе циклов при больших базах испытаний прочность стальных и титановых соединений практически одинаковая.

С увеличением размера резьбы предел малоцикловой выносливости снижается.

Наряду с конструктивными параметрами существенное влияние на сопротивление малоцикловой усталости оказывают технологические факторы. В табл. 6.33 приведены результаты испытаний болтовых соединений из титановых сплавов с резьбой изготовленной по различной технологии. Условия испытаний указаны выше. Резьбу накатывали шлифованными роликами из стали под нагрузкой и частоте вращения резьбонакатных роликов

Видно, что старение готовых шпилек существенно снижает долговечность соединений, поскольку в процессе старения

Таблица 6.33 (см. скан) Долговечность болтовых соединений из титановых сплавов в зависимости от технологии изготовления


полезные напряжения сжатия, вызванные накатыванием (нарезанием), снимаются. Травление, часто проводимое для придания продукции товарного вида, также снижает долговечность соединений в связи с наводороживанием поверхностных слоев металла, отрицательно влияющим на прочность. Дополнительный отжиг в вакууме с целью уменьшения содержания водорода на поверхности болтов из сплава хотя и снижает предел прочности до 910 МПа, но практически не уменьшает долговечности соединений, т. е. наводороживание поверхностных слоев в большей степени влияет на долговечность, чем на прочность соединений.

Следует отметить, что многие из факторов влияют на предел выносливости в области ограниченного числа циклов и высоких уровней повторной нагрузки в том же направлении и так же эффективно, как и при больших долговечностях и малой амплитуде напряжения. Это можно также объяснить основными закономерностями процесса накопления повреждений.

В практических расчетах соединений наибольшее значение интенсивности деформаций во впадинах резьбы сопоставляют с допускаемым значением амплитуды полных (пластических и упругих) деформаций цикла для материала болта или шпильки Условие надежности

Для определения используют эмпирическую формулу Мэнсона. Она связывает амплитуду полных деформаций цикла с числом циклов до разрушения.

где относительное сужение площади поперечного сечения образца из материала болта.

Первое слагаемое в этом равенстве характеризует сопротивление материала повторным пластическим деформациям, второе (приближенно) — переменным упругим деформациям.

Используя закономерности усталости при высоких напряжениях

можно найти амплитуду переменных упругих деформаций

где показатель кривой усталости предел выносливости стандартного образца при симметричном растяжении; — база испытаний.

Условие разрушения образца из материала болта при малоцикловой усталости можно записать в виде модифицированного уравнения

Постоянные напряжения существенно влияют на сопротивление малоцикловой усталости, причем главным образом на сопротивление повторным упругим деформациям. Принимая, что предельная амплитуда переменных напряжений цикла (предел выносливости по амплитуде) при среднем напряжении цикла от

связана пределом выносливости при симметричном растяжении соотношением

получаем условие разрушения

С учетом соотношения (6.8) формула Мэнсона принимает вид

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление