Разрушение образца в испытательной машине при циклическом нагружении

В.И. Миронов, А.В. Якушев (Екатеринбург)

Анализ поведения системы машина - образец методом теории катастроф дает качественно новую информацию о предельном состоянии материала. Переход процесса накопления повреждений в стадию неуправляемого разрушения представляется как катастрофический скачок, связанный с потерей устойчивости системы. Момент потери устойчивости определяется не только свойствами материала образца, но и способом нагружения, а также геометрическими параметрами системы. Один и тот же материал может разрушиться при разной степени поврежденности, что важно для установления предельного состояния и формулировки критерия разрушения.

Рассматривается взаимосвязь критериев однократного и усталостного разрушения через введение в рассмотрение модели деградации полной статической диаграммы. Параметры падающей ветви такой диаграммы, связанные с накоплением и развитием микродефектов, изменяются при появлении усталостных повреждений. Экспериментально установлено, что располагаемая пластичность, определяемая длиной полной диаграммы, прямо связана с уровнем циклических свойств материала. Деградация свойств, наблюдаемая в механическом эксперименте, объясняется переходом пластичного материала в хрупкое состояние, что вполне согласуется с физическими представлениями о природе усталости.

Поведение циклически тренированного образца в машине исследуется тем же методом теории катастроф. С ростом числа циклов наблюдается смещение бифуркационных кривых в пространстве управления. В зависимости от характера вырождения катастрофа надвигается на путь циклирования или уходит с него, исключая динамическое разрушение образца. В общем случае усталостное разрушение образца связано с потерей устойчивости системы машина - образец, как и при однократном нагружении. Первоначально безопасные параметры цикла с вырождением свойств материала становятся критическими.

Приводятся числовые примеры расчета остаточной несущей способности и ресурса элементов конструкций на основе данных о разрушении образца в испытательной машине при циклировании.