Оценка размеров участков замедления и ускорения развития трещины в пределах зоны влияния перегрузки «растяжение»

Неотъемлемой частью решения проблемы безопасности зданий и сооружений является разработка методов прогнозирования срока службы элементов металлических конструкций с трещинами, воспринимающих циклические воздействия.

Эксплуатационное нагружение характеризуется изменениями среднего уровня, амплитуды, переходами с высокого уровня нагружения на низкий, одиночными выбросами нагрузки, что вызывает ускорение и замедление развития трещины. Для объяснения и описания влияния взаимодействия циклов разного уровня на рост усталостной трещины (РУТ) разработано множество моделей: закрытия трещины, остаточных напряжений, взаимодействия пластических зон. Общим недостатком моделей является консервативная оценка размеров зоны пластических деформаций, образующейся при перегрузках [1].

По результатам усталостных испытаний вне-центренно-растянутых (ВР) образцов из стали ВСт3сп при однократных растягивающих перегрузках с уровнями OLR= 1,5 и OLR= 1,7 (OLR=Kol/Kmax , где Kol – максимальный КИН цикла перегрузки, Kmax – максимальный КИН рабочего нагружения) при знакопостоянном нагружении установлено, что увеличение задержки в развитии трещины с увеличением уровня перегрузки полностью коррелирует с характером изменения величины и протяженности остаточных сжимающих напряжений, формирующихся впереди фронта трещины после перегрузки.

В пределах зоны влияния перегрузки можно выделить участки:

– сразу после воздействия выброса наблюда- ется резкое кратковременное ускорение в развитии трещины (участок 1–2);

• –    на участке 2–3 скорость роста трещины постепенно снижается, достигая минимума в точке 3;

• –    на участке 3–4 трещина развивается с постоянной скоростью;

• –    на участке 4–5 скорость РУТ возрастает до уровня (точка 5), который имел бы место в случае

отсутствия перегрузки.

Размеры участков замедления (1–3) и ускорения (4–5) в пределах зоны задержки хорошо совпадают с размерами, вычисленными по формулам:

Δ r _зам

Δ K o ² l

2 π S_T ² ,

2 Kmax rуск =     2 ,

πσ _T

где Δ K_ol – размах КИН в полуцикле разгрузки перегрузки; σ _T – предел текучести стали; S_T – циклический предел текучести стали.

На рис. 1, 2 представлены результаты сравнения экспериментальных размеров участков замедления и ускорения в развитии усталостной трещины, полученных в работах [2, 3] и настоящем ис-

Пелипенко М.П.

Оценка размеров участков замедления и ускорения развития трещины в пределах зоны влияния перегрузки «растяжение»

О                  1                  2           Агтеор зам

Рис. 1. Размеры участков замедления в развитии трещины в зоне влияния перегрузки «растяжение»

Рис. 2. Размеры участков ускорения в развитии трещины в зоне влияния перегрузки «растяжение»

следовании, с размерами, вычисленными по выражениям (1) и (2).

Хорошее совпадение экспериментальных данных с расчетными наглядно подтверждает достоверность предлагаемых выражений.