ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ ОГРАНИЧЕННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
В частности, для оценки длительной прочности полимерных композиционных материалов (ПКМ - стеклопластики, углепластики, органопластики и др.) предложены различные эмпирические зависимости между напряжением и временем до разрушения (степенная, экспоненциальная, уравнение Ларсона - Миллера и др.), однако надежные методы экстраполяции отсутствуют. Наиболее широкое распространение получили температурно-временные уравнения длительной прочности, основанные на теории скоростей реакций. Однако считается, что эти уравнения недостаточно удовлетворительны для дальнего экстраполирования. В связи с этим часто на пpaктике идут по пути использования более простых эмпирических зависимостей: например, для ряда ПКМ экспериментально подтверждается степенная зависимость долговечности от напряжения [3]:
, (1)
где - параметры (константы) материала.
На основании экспериментальных исследований длительной прочности однонаправленного органопластика на временной базе от 24 до 4200 часов при растягивающих напряжениях, менявшихся в диапазоне от 0,9 до 0,7 от предела прочности , нами получены следующие значения параметров материала: ; .
Зная m и C, по уравнению (1) можно прогнозировать долговечность конструкции при низких напряжениях, соответствующих большим значениям . Так, для напряжений, при которых в процессе испытаний на длительную прочность не произошло разрушение опытных образцов, время до разрушения по результатам расчетов по формуле (1) равно суток (свыше 8 лет) при , и суток при , т.е. в последнем случае разрушение материала пpaктически исключено.
Применение эмпирических формул для определения экстраполированных параметров длительной прочности может в ряде случаев привести к значительным ошибкам. Дело в том, что кривые длительной прочности могут иметь переломы. Например, для сталей такие переломы кривой связаны с изменением хаpaктера разрушения - трaнcкристалли-ческого (межзеренного) при больших длительностях испытаний и интеркристаллического (внутризеренного) при малых [2]. Для ПКМ точки перегиба на кривой длительной прочности может и не быть, что повышает достоверность экстраполяции.
В связи с указанными трудностями очевидно, что наибольший интерес представляют физически обоснованные зависимости, которые должны обеспечить достоверность результатов расчетов. Считается, например, что особенности длительной прочности достаточно хорошо описываются известной формулой С.Н. Журкова, отражающей термофлуктуационный хаpaктер процесса разрушения:
, (2)
где - постоянная, численно близкая к периоду тепловых колебаний атомов (10-11...10-13с);T - абсолютная температура; R - постоянная Больцмана; - структурный коэффициент, чувствительный к изменению состояния материала; - энергия активации процесса разрушения.
В соответствии с формулой (2) при постоянном напряжении зависимость времени до разрушения от обратной температуры в полулогарифмических координатах представляется веером прямых, сходящихся в одной точке - полюсе ( - значение долговечности в полюсе). Использование формулы для пpaктических оценок хаpaктеристик длительной прочности в ряде случаев приводит к значительным ошибкам как по причине нестабильности и неоднородности материалов, с одной стороны, так и по причине фактического увеличения напряжения при испытаниях пластичных материалов в условиях постоянной нагрузки. Кроме того, применение данной формулы при сравнительно малых напряжениях может давать заниженные результаты. В частности, из формулы следует существование конечного времени до разрушения при отсутствии напряжения и независимость от температуры при .
Принципиально важное значение имеет установление численных значений энергии активации процесса разрушения. Считается, что энергия активации близка к энергии сублимации для металлов и к энергии химических связей для полимерных материалов. Для оценки энергии активации для сталей нами использованы собственные результаты циклических (усталостных) испытаний, а также литературные данные. В качестве исходного уравнения для расчетов принято кинетическое уравнение повреждаемости, предложенное проф. Федоровым В.В. [4] на основе эргодинамического подхода к проблеме прочности и разрушения:
, (3)
где - скорость накопления скрытой энергии материала в процессе деформирования; - изменение плотности скрытой энергии; - структурные коэффициенты;
, (4)
где - постоянная Планка;
- температура локального разогрева материала, которая для случая циклического нагружения зависит от величины предела текучести и амплитудных значений напряжений :
. (5)
Нами выполнены экспериментальные исследования энергетического баланса материалов в процессе усталостных испытаний стальных образцов. В результате этих исследований получены зависимости скорости повреждаемости от приращения уровня скрытой энергии для различных амплитуд напряжений [5]. Анализ этих зависимостей показал, что в полулогарифмических координатах экспериментальные данные хорошо укладываются на веер прямых, угол наклона которых к оси зависит от амплитуды напряжений и температуры разогрева образцов, с увеличением которых наклон прямых уменьшается, что находится в соответствии с кинетическим уравнением повреждаемости (3). Результаты статистического анализа полученных данных с использованием кинетического уравнения повреждаемости позволил выполнить оценку активационных параметров процесса усталостного разрушения исследованных сталей.
Анализ экспериментальных данных показывает, что энергия активации процесса усталостного разрушения изменяется в сравнительно узких пределах ( ), то есть близка к энергии активации образования вакансий в железе и его сплавах (18700...19720 ), но значительно меньше энергии сублимации (54600...57500 ). Отсюда следует, что в исследованном диапазоне условий разрушения (область многоцикловой усталости) основным механизмом, контролирующим повреждаемость и усталостное разрушение, является вакансионный механизм. Это означает, что в процессе циклических деформаций в материал закачивается избыточная энергия, которая аккумулируется в деформируемых объемах в виде возбужденных атом - вакансионных состояний [5].
Таким образом, знание величины энергии активации позволяет использовать формулу С.Н. Журкова для прогнозирования долговечности металлических материалов. Для ПКМ требуется знать, как указывалось выше, энергию химических связей. Отметим также, что к настоящему времени получили известность и другие более универсальные зависимости (Пинеса Б.Я., Трунина И.И. и др.), свободные от некорректностей, присущих формуле Журкова С.Н. и являющиеся ее обобщением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Копнов В.А. Длительная прочность в машиностроении. - М.: Изд-во Машиностроение, 1977. - 248 с.
- Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. - М.: Изд-во Наука, 1966. - 752 с.
- Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. - М.: Изд-во Наука, 1986. - 560 с.
- Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. - Ташкент: Изд-во ФАН, 1985. - 167 с.
- Панин В.Е., Федоров В.В., Ромашов Р.В. Явление структурно-энергетической аналогии процессов механического разрушения и плавления металлов и сплавов. //Синергетика и усталостное разрушение металлов: Сборник научных трудов. - М.: Изд-во Наука, 1989. - С. 29-44.
Статья в формате PDF 123 KB...
24 04 2024 1:28:37
Статья в формате PDF 112 KB...
23 04 2024 12:23:50
Статья в формате PDF 120 KB...
22 04 2024 12:29:14
20 04 2024 10:33:45
Статья в формате PDF 141 KB...
19 04 2024 16:47:24
В настоящем обзоре проанализированы и обобщены современные данные о роли микро-РНК (miРНК) в тонкой подстройке циркадианных биологических часов (БЧ) на уровне центрального осциллятора (супрахиазматических ядер гипоталамуса, СХЯ) и в периферических тканях и органах. Обсуждаются механизмы воздействия miРНК (miR-132, miR-216, miR-182, miR-96, miR-122, miR-141, miR-192/94, miR-206) на этапы экспрессии ключевых генов БЧ. Продемонстрировано опосредованное этим влияние miРНК на параметры циркадианного ритма (период, амплитуда, фазовый ответ на внешний световой сигнал), а также участие данных процессов в модуляции физиологических ритмов на более высоких уровнях организации млекопитающих. ...
18 04 2024 22:21:33
Статья в формате PDF 115 KB...
17 04 2024 21:12:15
Статья в формате PDF 109 KB...
16 04 2024 1:37:19
15 04 2024 19:31:45
Статья в формате PDF 142 KB...
12 04 2024 23:44:58
Статья в формате PDF 118 KB...
11 04 2024 14:48:12
Статья в формате PDF 119 KB...
10 04 2024 16:43:35
В работе освещены современные представления о питании беременных женщин. Описаны возможные осложнения при нарушении пищевого статуса перед вступлением в бpaк. Показаны пути коррекции питания беременных женщин в первые периоды беременности, которые используются в России и в развитых западных странах. ...
09 04 2024 14:25:33
Статья в формате PDF 227 KB...
07 04 2024 14:29:47
Статья в формате PDF 137 KB...
06 04 2024 2:31:39
Статья в формате PDF 120 KB...
05 04 2024 16:21:48
04 04 2024 6:47:53
Статья в формате PDF 297 KB...
02 04 2024 12:15:30
Статья в формате PDF 144 KB...
01 04 2024 18:14:56
Статья в формате PDF 115 KB...
31 03 2024 2:38:13
Статья в формате PDF 371 KB...
29 03 2024 20:22:24
28 03 2024 10:44:39
Статья в формате PDF 106 KB...
27 03 2024 11:34:37
Статья в формате PDF 119 KB...
26 03 2024 13:14:13
Статья в формате PDF 107 KB...
25 03 2024 3:49:23
Статья в формате PDF 139 KB...
24 03 2024 11:42:52
Статья в формате PDF 123 KB...
21 03 2024 21:30:22
Статья в формате PDF 123 KB...
20 03 2024 20:34:28
Статья в формате PDF 125 KB...
19 03 2024 1:18:18
Статья в формате PDF 120 KB...
18 03 2024 10:57:24
Статья в формате PDF 263 KB...
16 03 2024 2:33:19
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::