Некоторые особенности роста усталостных трещин на различных стадиях их развития

Abstract

Рассмотрены некоторые особенности роста усталостных трещин в металлах на стадиях зарождения и начального развития, стабильного и нестабильного развития, предшествующего полному разрушению. Показано, что на стадии начального роста усталостных трещин факторами, определяющими их путь, являются: напряженное состояние; локализированное усталостное повреждение, предшествующее зарождению главной усталостной трещины; поверхностные остаточные напряжения; поверхностные технологические и эксплуатационные дефекты; контактные взаимодействия. Стабильное развитие усталостной трещины прежде всего определяется напряженно- деформированным состоянием конструкции в целом и напряженно-деформированным состоянием в вершине трещины с учетом изменения его вследствие распространения последней, оцениваемое с помощью критериев механики разрушения. Изучены особенности развития усталостных трещин в компрессорных лопатках судовых газовых турбин. Показано, что в охрупченных сталях при развитии усталостных трещин в условиях плоской деформации полное разрушение происходит при весьма малых размерах трещины. При этом характеристики усталостной вязкости разрушения существенно ниже, чем статической. Рассмотрены особенности нестабильного развития усталостных трещин.

Розглянуто деякі особливості росту тріщин від утомленості в металах на стадії зародження та початкового розвитку, стабільного і нестабільного розвитку, що передує повному руйнуванню. Показано, що на стадії початкового росту тріщин від утомленості чинниками, за якими визначають їх шлях, є: напружений стан; локалізоване пошкодження від утомленості, що передує зародженню головної тріщини від утомленості; поверхневі залишкові напруження; поверхневі технологічні та експлуатаційні дефекти; контактна взаємодія. Згідно з критеріями механіки руйнування, стабільний розвиток тріщини від утомленості в першу чергу визначається напружено-деформованим станом конструкції в цілому і напружено-деформованим станом у вістрі тріщини з урахуванням зміни його внаслідок розповсюдження останньої. Вивчено особливості розвитку тріщин від утомленості в компресорних лопатках судових газових турбін. Показано, що при розвитку тріщин від утомленості в окрихчених сталях за умови плоскої деформації повне руйнування має місце за дуже малих розмірів тріщини. При цьому характеристики утомної в ’язкості руйнування значно нижчі, ніж статичної. Розглянуто особливості нестабільного розвитку тріщин від утомленості.

We analyzed some features of fatigue crack growth in metals at the stages of nucleation and initial development, stable and unstable propagation that precedes a total fracture. The factors determining fatigue crack growth at the initial stage are: stressed state; localized fatigue damage, prior to the main fatigue crack nucleation; residual surface stresses; processing and operational surface defects; and contact interactions. The parameters for the stable propagation of a fatigue crack, estimated by fracture mechanics criteria, are in the first place the stress-strain state of the structure as a whole and the stressstrain state near the crack tip with account of the variation of the latter due to crack growth. Special features of fatigue crack behavior in compressor blades of shipborne gas turbine engines have been studied. In brittled steels, subjected to plane strain, fatigue cracks attain but very small sizes before total fracture of object. It is shown that fatigue fracture toughness characteristics are much lower in comparison with static fracture toughness. Peculiarities of unstable propagation of fatigue cracks have been studied.