Усталость металлов. Физическая картина разрушения.
Разрушение металлов при действии переменных или повторных нагрузок называется усталостью металлов. В авиационных конструкциях, когда конструктивные элементы работают в условиях непрерывного воздействия переменных напряжений, усталостные разрушения — весьма распространенное явление. Разрушения от статических нагрузок встречаются крайне редко.
Усталостное разрушение характеризуется тем, что в его зоне практически отсутствуют видимые деформации, предшествующие разрушению. Это — наиболее опасная особенность усталостных разрушений, поскольку отсутствуют явные признаки предстоящей потери работоспособности какого-либо элемента конструкции из-за усталости. Процесс разрушения в этом случае начинается с появления микроскопических трещин, которые, быстро развиваясь, приводят к полному разрушению детали. Усталостные трещины зарождаются в зоне концентрации напряжений или резких структурных изменений материала. Исследованиями установлено, что при отсутствии указанных факторов усталостных разрушений не происходит. Все основные авиационные конструкции подвергаются усталостным испытаниям, испытаниям на ресурс. Эта работа продолжается в течение всего периода эксплуатации. Несмотря на это, в процессе эксплуатации появляются полные или частичные разрушения деталей вследствие возникновения трещин, предвидеть которые заранее невозможно. Выявление таких разрушений — задача технического диагностирования.
Здесь важно подчеркнуть, что появление усталостных разрушений не означает потери работоспособности конструкции, поскольку она обладает свойством живучести, т. е. способностью выполнять рабочие функции при наличии частичных разрушений. Это свойство закладывается конструкторами на стадии проектирования. Поэтому и говорят о безопасном разрушении. Темп развития трещины можно прогнозировать статистическими методами, уменьшив, таким образом, его влияние на ограничение ресурса. В то же время, если трещина не будет выявлена в начале ее возникновения, развитие усталостного разрушения может привести к перераспределению напряжений, перегрузке соседних конструктивных элементов и к общему снижению несущей способности.
Физический смысл механизма разрушения при усталости состоит в том, что в микрообъемах локальные напряжения при циклических нагрузках достигают значений, при которых нарушаются устойчивые межкристаллические и внутрикристаллические связи, образуются полосы скольжения, у различного рода неоднородностей концентрируются микродеформации, которые при достижении критических значений приводят к появлению микротрещин. С течением времени, при продолжающемся циклическом нагружении, микротрещины перерастают в видимые. Скорость развития трещины у разных металлов с разной кристаллической структурой может быть различной. Однако всегда после накопления повреждений развитие трещины происходит за достаточно короткий промежуток времени. Изломы деталей после усталостного разрушения имеют характерную структуру. Она может быть покрыта коррозией, если после образования некоторое время находилась в условиях, благоприятных для образования коррозии. При полной потере несущей способности она разрушается сразу или после достижения определенных размеров трещины. В этом случае образуется зона мгновенного разрушения (зона долома).
Источник: http://www.npmavia.ru/
(No Ratings Yet)
Загрузка...
