ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ПРОЛЕТНЫМ СТРОЕНИЯМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ ИЗ АТМОСФЕРОСТОЙКОЙ СТАЛИ (страница 13) от 29 ноября 2011 г. N 2569р

Приложение N 5

         Методика определения циклической трещиностойкости (живучести)

     1.  Циклическая  трещиностойкость - сопротивление материала распространению
усталостной  трещины  при  циклическом  нагружении.  Характеристикой циклической
трещиностойкости является кинетическая диаграмма усталостного разрушения (КДУР),
построенная  в  координатах  "скорость  роста  трещины (Ig"Дельта"L/"Дельта"N) -
размах  коэффициента  интенсивности  напряжений  "Дельта" K ",  где  L -  длина
1
трещины, мм, N - число циклов нагружения.
Кинетическая  диаграмма  усталостного  разрушения  имеет характерные точки,
основные из которых:
K    -  пороговое  значение  коэффициента  интенсивности  напряжений,  ниже
th                                                              -8
которого  скорость  роста усталостной трещины равна нулю или меньше 10  мм/цикл.
3/2
Размерность коэффициента интенсивности напряжений Н/мм   ;
K     -  критический  коэффициент  интенсивности  напряжений,  при  котором

происходит  хрупкий  или  без  заметной  пластической  деформации  долом образца
(изделия)  в  результате  действия  напряжений  отрыва  при  наличии  в  образце
3/2
(изделии) усталостной трещины, Н/мм   , рис. 5.1.

     См. рис. 5.1. - Кинетическая диаграмма усталостного разрушения (КДУР)

     2.  Для  определения характеристик циклической трещиностойкости проката для
мостостроения используют следующие типы образцов по ГОСТ 25.506:
плоский  прямоугольный  с  центральной  трещиной  для  испытания  на осевое
растяжение (тип 1, рис. 5.2);
цилиндрический с кольцевой трещиной для испытания осевое растяжение (тип 2,
рис. 5.3);
прямоугольный,  компактный  образец  с  краевой  трещиной  для испытания на
внецентренное растяжение (тип 3, рис. 5.4);
плоский   прямоугольный   образец  с  краевой  трещиной  для  испытания  на
трехточечный изгиб (тип 4, рис. 5.5).

     См. рис. 5.2. - Плоский образец с центральной трещиной (тип 1).

     См. рис. 5.3. - Цилиндрический образец с кольцевой трещиной (тип 2)

     См. рис. 5.4. - Прямоугольный компактный образец с краевой трещиной (тип 3).

     См. рис. 5.5. - Плоский  прямоугольный   образец  с  краевой  трещиной  для
испытания на трехточечный изгиб (тип 4).

     Все  образцы  должны иметь усталостные трещины длиной ("лямбда" ) от 1 до 2
0
мм,  которые  наносят  до испытания. Для определения K   рекомендуется применять
1C
образцы типа 3 и 4
3.  Условием  корректности определения К  является правильный выбор толщины
1C
образца  для  обеспечения  объемно-напряженного  состояния  в  устье  трещины  и
предотвращения   пластической  деформации  образца  перед  разрушением.  Условие
корректности  определения  K   соблюдается,  если  толщина  образца  (t)  больше
2       1C
2,5(K   / "сигма"  ).
1C         0,2

     При этом должны соблюдаться следующие соотношения между размерами:

     для образцов типа 3:

     b = 2t; b = 1,5b; 2a = 0,55b; d = 0,25b; "лямбда" = (0,45...0,55)b;
1                                      н

     1 <= 0,06h; h = (0,35... 0,5)b.

     для образца типа 4:

     b = 2t; "лямбда" = (0,45...0,55)b; 1 <= 0,06b; L = 4b; L = L + 0,5b;
н                                        1

     h = (0,35... 0,5)b.

 

     См. рис.  5.6. - Тарировочный график для образца типа 4 размером: L = 120
1
mm; L =100  mm;  L/2  = 60 mm; b = 25 mm; t = 12 mm; l  = 12 mm, в зависимости
0
от длины трещины, нагрузки и коэффициента интенсивности напряжений.

 

     4.  Критический  коэффициент  интенсивности  напряжений  К   определяют  по
1C
диаграмме разрушения образцов, записанной в координатах "нагрузка - деформация".
После  испытания  образца  измеряют длину исходной усталостной трещины "лямбда".
0
Форма трещины должна быть симметричной относительно оси образца, без перекосов.

 

     Коэффициент интенсивности напряжений К   вычисляют по формулам:
1C
для образцов 3 типа:

                      1/2
K  = P  Y  / t (b)                                                    (5.1)
1C   C  3
2
где Y = 13,74 [1 - 3,380("лямбда" ! b) + 5,572 ("лямбда" ! b)]        (5.2)
3                          н                      н

     "лямбда" - длина надреза плюс длина начальной трещины, мм
н

     и для образцов типа 4:

                         3/2
K  = P  L  Y  / t (b)                                                 (5.3)
1C   С     4
2
где Y = 3,494 [1 - 3,396("лямбда" ! b) + 5,839 ("лямбда" ! b)] Р      (5.4)
4                          н                      н

     Критическое значение коэффициента интенсивности напряжений (К  ) определяют
1C
по результатам испытания не менее 3 образцов.
5.   Построение   кинетической  диаграммы  усталостного  разрушения  (КДУР)
производят  путем  измерения  скорости роста усталостной трещины при постепенном
снижении  значения  К . Испытание проводят на образцах 3 и 4 типов. Максимальную
1
циклическую   нагрузку   (Р   )   при  заданном  коэффициенте  асимметрии  цикла
мах
ступенчато  снижают  таким  образом,  чтобы  при  данном  размере трещины каждое
снижение  Р     приводило  к  снижению  K   до  значений  ниже уровня предыдущей
мах                           1
ступени.  Одновременно  на  каждой  ступени  нагружения  измеряют скорость роста
трещины.  Испытание  продолжают  до  тех  пор,  пока  скорость роста усталостной
-8
трещины  станет  ниже  10   мм/цикл или будет равна нулю. В этом случае К  будет
1
равен   К  .   Пороговое  значение  коэффициента  интенсивности  напряжений  К
th                                                                   th
определяют  путем  построения  кинетической диаграммы усталостного разрушения не
менее 3 образцов.
Расчет  коэффициентов  интенсивности  напряжений  для образцов каждого типа
производят  по  формулам Д.1 - Д.4, в которых вместо Р  используют значения Р
с                      мах
для каждой ступени нагружения, а вместо "лямбда" текущее значение длины  трещины
н
при переходе на следующую ступень нагружения. Скорость роста усталостной трещины
на каждой ступени нагружения определяют из соотношения:

     V = "Дельта" "лямбда" ! "Дельта" N,
t                   t

     где  "Дельта" "лямбда"  -  увеличении  длины  трещины  при  испытании  на
t    данной ступени циклической нагрузки;

     "Дельта"N - число циклов нагружения на данной ступени циклической нагрузки.

                                                    4
Рекомендуется  принимать  "Дельта"N  порядка 10  циклов при этом увеличение
длины  трещины  должно  быть  не  менее 1 мм, исходя из точности измерения длины
трещины с помощью компаратора с 6-и кратным увеличением.

     По результатам испытаний строят КДУР с указанием

     K  , K   V  = f(K  или "Дельта"K ).
1C   th  t      1              1

     В   целях  облегчения  вычислений  К   для  каждого  образца  рекомендуется
1
построить  тарировочные  графики в координатах "лямбда"  - K  при различных Р
t    1                мах
или Р   - K  при различной длине трещины "лямбда", рис. 5.6.
мах   1                                    t