Wyniki badaĔ oraz ich analiza

W badaniach gáówną uwagĊ poĞwiĊcono analizie zmiennoĞci odksztaáceĔ lokalnych w strefie inicjacji pĊkniĊcia zmĊczeniowego w warunkach obciąĪeĔ o staáej wartoĞci am-plitudy naprĊĪenia nominalnego. Pomiary odksztaáceĔ prowadzono w obszarach próbek zagroĪonych powstaniem pĊkniĊü zmĊczeniowych. Prawdopodobne miejsca inicjacji pĊkniĊcia wyznaczono na podstawie analizy rozkáadów odksztaáceĔ metodą elementów skoĔczonych [103] oraz na bazie wyników wstĊpnych badaĔ zmĊczeniowych (rys.4.5) próbek bez wzmocnienia (páaskownik z otworami) oraz próbek nitowanych.

Analiza numeryczna wykazaáa, Īe maksymalne wartoĞci odksztaáceĔ lokalnych powinny powstawaü po zewnĊtrznej stronie skrajnych otworów w rzĊdzie z trzema nitami. Związek maksymalnych odksztaáceĔ lokalnych z miejscem inicjacji pĊkniĊcia poĞrednio potwierdzaáy wyniki wstĊpnych badaĔ zmĊczeniowych dla obydwu typów próbek (rys.4.5b). Pierwsze pĊkniĊcia pojawiaáy siĊ w wiĊkszoĞci przypadków po ze-wnĊtrznej stronie otworu w rzĊdzie z trzema nitami (otworami), przy czym naleĪy jed-noczeĞnie zaznaczyü, Īe po niewielkiej liczbie cykli nastĊpowaáa takĪe inicjacja pĊkniĊ-cia po przeciwnej stronie otworu. Szczegóáowy opis rozwoju przebiegu pĊkania próbek zamieszczono miĊdzy innymi w pracach [30, 190].

a)

b) c)

obszar o najwiĊkszej wartoĞci odksztaáceĔ lokalnych

pĊkniĊcie zmĊczeniowe pĊkniĊcie zmĊczeniowe

İv İu

Rys. 4.5. Rozkáad odksztaáceĔ w próbce bez wzmocnienia [103] (a) oraz próbki z rozwijającym siĊ pĊkniĊciem (b) i (c)

A. Badania wstĊpne

W trakcie badaĔ wstĊpnych przeprowadzono pomiar odksztaáceĔ w otoczeniu skrajnego otworu w pojedynczym cyklu obciąĪenia dla próbek bez i ze wzmocnieniem.

Na rysunku 4.6 pokazano schemat próbki z zaznaczonym miejscem naniesienia siatki przedmiotowej oraz schemat przebiegu obciąĪenia z zaznaczonymi punktami realizacji pomiaru.

-200 -100 0 100 200

0 5 10 15 20

a) b)

NaprĊĪenie nominalne S, MPa Czas t, s siatka przedmiotowa

próbka z otworami próbka nitowana

P

y x

P nit

Rys. 4.6. Próbki z siatką przedmiotową (a) oraz schemat obciąĪenia (b)

W przypadku próbek nitowanych konieczne byáo usuniĊcie gáów nitów od strony páaskownika. DziĊki takiemu zabiegowi moĪliwa byáa analiza odksztaáceĔ w strefie kontaktu páaskownika i trzonu nitu. Spowodowaáo to jednakĪe czĊĞciowe uwolnienie siá

napiĊcia wstĊpnego pomiĊdzy páaskownikiem a wzmocnieniem i jednoczesne zmniej-szenie udziaáu siá tarcia w dystrybucji obciąĪenia w strefie poáączenia.

Wyniki badaĔ wstĊpnych dla próbek bez wzmocnienia pokazano w postaci map rozkáadów odksztaáceĔ na rysunkach 4.7, 4.8 i 4.9, zaĞ dla próbek nitowanych na rysun-kach 4.10, 4.11, 4.12.

40 MPa 120 MPa 200 MPa 120 MPa 40 MPa

–40 MPa –120 MPa –200 MPa –120 MPa –40 MPa

–0,6 % 0,6 %

Rys. 4.7. Rozkáady odksztaáceĔ w próbce z otworami w kierunku y (rys.4.6)

40 MPa 120 MPa 200 MPa 120 MPa 40 MPa

–40 MPa –120 MPa –200 MPa –120 MPa –40 MPa

–0,25 % 0,25 %

Rys. 4.8. Rozkáady odksztaáceĔ w próbce z otworami w kierunku x (rys.4.6)

-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6

0 0,5 1 1,5 2 2,5

odksztaácenie İ_y – S = 200 MPa odksztaácenie İ_x–S = –200 MPa

odksztaácenie İ_y – S = –200 MPa odksztaácenie İx – S = 200 MPa Odksztaácenie İy,İx, %

OdlegáoĞü od krawĊdzi otworu X, mm

Y X x

y

Rys. 4.9. Rozkáady odksztaáceĔ w minimalnym przekroju próbki z otworami

40 MPa 120 MPa 200 MPa 120 MPa 40 MPa

–40 MPa –120 MPa –200 MPa –120 MPa –40 MPa

–0,6 % 0,6 %

Rys. 4.10 Rozkáady odksztaáceĔ w próbce nitowanej w kierunku y

40 MPa 120 MPa 200 MPa 120 MPa 40 MPa

–40 MPa –120 MPa –200 MPa –120 MPa –40 MPa

–0,25 % 0,25 %

Rys. 4.11. Rozkáady odksztaáceĔ w próbce nitowanej w kierunku x

-0.6

OdlegáoĞü od krawĊdzi otworu X, mm

Y X

y x

2,5 ,

,

Rys. 4.12. Rozkáady odksztaáceĔ İy i İx w minimalnym przekroju próbki nitowanej Wpáyw nitu na rozkáad odksztaáceĔ w páaskowniku

Gáównym celem badaĔ wstĊpnych byáa analiza wpáywu nitu na zmiany rozkáadu odksztaáceĔ w strefie otworu w próbce nitowanej. AnalizĊ prowadzono bez uwzglĊd-niania naprĊĪeĔ wáasnych wywoáanych efektem spĊczania nitu w procesie jego zakuwa-nia, przyjmując stan po montaĪu poáączenia jako stan wyjĞciowy. Ze wzglĊdu na zmĊ-czeniowy charakter analiz w trakcie badaĔ skoncentrowano siĊ na zakresie zmiennoĞci odksztaáceĔ lokalnych wywoáanych pojedynczym cyklem obciąĪenia wahadáowo-zmiennego o zakresie naprĊĪenia nominalnego ǻS = 200 MPa.

Na rysunku 4.13 przedstawiono porównanie rozkáadu amplitudy odksztaáceĔ w minimalnym przekroju próbek z otworami i nitowanej w kierunku x i y. Wypeánienie otworu nitem w znaczący sposób zmieniáo jakoĞciowo i iloĞciowo rozkáad amplitudy odksztaácenia w strefie karbu. Jak wynika z rysunku 4.13, w próbce nitowanej nastąpiáo záagodzenie efektu spiĊtrzenia odksztaáceĔ w kierunku y przy jednoczesnym spadku maksymalnej wartoĞci amplitudy odksztaácenia na krawĊdzi otworu i wzroĞcie Ğrednie-go odksztaácenia w rozpatrywanym przekroju próbki.

Podobnie w przypadku odksztaáceĔ w kierunku x zaobserwowano záagodzenie efektu spiĊtrzenia odksztaáceĔ, lecz towarzyszyá temu jednoczesny wzrost zarówno maksymalnej, jak i Ğredniej wartoĞci odksztaácenia. Na wzrost wartoĞci odksztaáceniaİ_x w páaskowniku próbki nitowanej w póácyklu rozciągania w stosunku do odksztaácenia próbki z otworami moĪe wpáywaü, obok wypeánienia otworu nitem blokującym swo-bodne przemieszczenia páaskownika w strefie otworu, wstĊpne odksztaácenie plastyczne wywoáane zakuciem nitu. ObciąĪenie próbki z nitem moĪe w takim przypadku powo-dowaü przyrost odksztaácenia lokalnego w zakresie plastycznym, w zaleĪnoĞci od roz-legáoĞci strefy uplastycznionej wskutek nitowania, co schematycznie pokazano na ry-sunku 4.14.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

amplituda odksztaáceniaİ_ay– próbka z otworami

Odksztaácenie İay , İax, %

OdlegáoĞü od krawĊdzi otworu X, mm amplituda odksztaáceniaİ_ay– próbka nitowana

amplituda odksztaáceniaİ_ax– próbka nitowana

amplituda odksztaáceniaİ_ax– próbka z otworami nit

–0,5 0,5 1,5 2,5

Rys. 4.13. Porównanie rozkáadów amplitudy odksztaáceĔ İax i İay w minimalnym przekroju pró-bek z otworami i nitowanej (ǻS = 200 MPa)

ǻİ

NaprĊĪenie lokalne

Odksztaácenie lokalne ǻı

Rys. 4.14. Przyrost odksztaácenia lokalnego wywoáany nitowaniem

W celu okreĞlenia áącznych zmian w rozkáadzie odksztaáceĔ na rysunku 4.16 przedstawiono porównanie wartoĞci ich geometrycznej sumy (rys.4.15) obliczanej zgodnie z zaleĪnoĞcią (4.3). Podobnie jak w przypadku niezaleĪnej analizy odksztaáceĔ w kierunkach x i y, efekt spiĊtrzenia odksztaáceĔ w próbce z otworami jest znacznie silniejszy niĪ w próbce z otworem wypeánionym nitem. NaleĪy jednak pamiĊtaü o tym, Īe peána analiza stanu odksztaácenia w próbce w strefie záącza nitowego wymaga uwzglĊdnienia odksztaáceĔ związanych z procesem zakuwania nitu.

próbka z otworami próbka nitowana

0,0 %

1,0 %

ǻİ

_w

ǻS = 200 MPa ǻS = 200 MPa

Rys. 4.15. Rozkáady zakresów odksztaáceĔ ǻİw w próbkach z otworami i nitowanej (ǻS = 200 MPa)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

amplituda odksztaácenia İ_aw – próbka z otworami

Odksztaácenie İaw, %

OdlegáoĞü od krawĊdzi otworu X, mm amplituda odksztaáceniaİ_aw – próbka nitowana

ǻS = 200 MPa

0,5 1,5 2,5

Rys. 4.16. Rozkáad amplitudy geometrycznej sumy skáadowych odksztaácenia İaw w minimal-nym przekroju próbek z otworami i nitowanej (ǻS = 200 MPa)

Rozkáad odksztaáceĔ w strefie kontaktu páaskownika i nitu

SpĊczenie nitu w procesie zakuwania wywoáuje powstawanie staáych Ğciskających odksztaáceĔ promieniowych w páaskowniku [190]. Wpáyw tego efektu na Ğrednią war-toĞü odksztaácenia w otoczeniu otworu bĊdzie w duĪej mierze zaleĪaá od wáasnoĞci materiaáu nitu, jak i przebiegu oraz jakoĞci samego procesu nitowania. Przyjmując stan odksztaáceĔ w páaskowniku i nicie po jego zakuciu jako stan początkowy, przeprowa-dzono analizĊ zmiennoĞci odksztaáceĔ w trakcie pierwszego, pojedynczego cyklu obcią-Īenia.

Na rysunku 4.17 przedstawiono przebieg zmian odksztaáceĔ İx , İ_y w Ğrodkowej czĊĞci nitu oraz odksztaáceĔİ_x w strefie kontaktu nitu i páaskownika. WartoĞü odksztaá-cenia İ_x w czĊĞci nitu znajdującej siĊ blisko jego osi, w początkowej fazie póácyklu

rozciągania (S < 50 MPa) osiąga niewielką wartoĞü ujemną przy jednoczesnej dodatniej wartoĞci odksztaáceĔİ_y , co oznacza zwĊĪenie nitu w kierunku poprzecznym do obcią-Īenia i jego wydáuĪenie w kierunku obciąobcią-Īenia. Taki przebieg zmian odksztaáceĔ w nicie związany jest z oddziaáywaniem páaskownika na boczne powierzchnie trzonu nitu. Jednak dalszy wzrost obciąĪenia nie powoduje wzrostu odksztaáceĔ w nicie, co moĪe byü spowodowane „Ğciskającym” oddziaáywaniem páaskownika na nit. Taka sytu-acja moĪe wystąpiü, m.in. w przypadku uplastycznienia páaskownika lub ustalenia na-prĊĪeĔ na powierzchni styku na staáym poziomie.

Sytuacja nie zmienia siĊ w trakcie odciąĪania, aĪ do momentu, gdy naprĊĪenie nominalne nie jest mniejsze od S = 50 MPa. NastĊpuje wówczas spadek wartoĞci od-ksztaáceĔ do wartoĞci z początku cyklu obciąĪenia. PrzejĞcie do fazy Ğciskania powodu-je wzrost zarówno wartoĞci odksztaáceĔ İ_x , jak i İ_y, co táumaczyü moĪna Ğciskaniem nitu w kierunku obciąĪenia poprzez páaskownik.

O okresowych zmianach oddziaáywania nitu i páaskownika w póácyklu rozciągania moĪe Ğwiadczyü takĪe analiza obrazu prąĪków w kolejnych fazach obciąĪenia. Wzrasta-jąca szerokoĞü cienia bĊdącego efektem uszkodzenia siatki przedmiotowej w strefie kontaktu moĪe byü efektem „oddalania siĊ” powierzchni otworu i trzonu nitu. Przed-stawione na rysunku 4.18 obrazy prąĪków kolejnych faz obciąĪenia próbki wskazują na wzrost szerokoĞci cienia w póácyklu rozciągania i jej staáej wartoĞci podczas Ğciskania próbki.

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2

İ_x– nit (strefa kontaktu) Odksztaácenie İx,İy, %

rozciąganie Ğciskanie

NaprĊĪenie nominalne S, MPa

İ_x– nit (Ğrodek) İ_y– nit (Ğrodek) İ_x– nit (Ğrodek) İ_y– nit (Ğrodek)

İ_x– páaskownik (strefa kontaktu)

0 100 200 100 0 -100 -200 -100 0

ǻS = 200 MPa 0,2

0,1

0

–0,1

–0,2

–0,3

Rys. 4.17. Przebieg zmian odksztaáceĔ w pierwszym cyklu obciąĪenia w páaskowniku i nicie (ǻS = 200 MPa)

0 MPa 80 MPa 160 MPa 200 MPa 160 MPa 80 MPa 0 MPa

0 MPa -80 MPa –160 MPa –200 MPa –160 MPa –80 MPa 0 MPa páaskownik nit rozciąganie

Ğciskanie

Rys. 4.18. Obrazy prąĪków interferencyjnych dla kolejnych faz obciąĪenia próbki nitowanej

Obserwowane efekty mogą byü równieĪ skutkiem zmiany podziaáki szwu nitów w odksztaácanym páaskowniku przy jej staáej wartoĞci w kątowniku. Potwierdzenie tego wymagaáoby jednak przeprowadzenia pomiarów odksztaáceĔ w caáym otoczeniu otworu pod nit.

B. Badania zmĊczeniowe

WiĊkszoĞü metod lokalnej analizy zmĊczeniowej elementów konstrukcyjnych z nieciągáoĞciami geometrycznymi nie uwzglĊdnia zmian amplitudy odksztaáceĔ za-chodzących w trakcie ich cyklicznego obciąĪenia. Zmiany te obserwowane są w szcze-gólny sposób wówczas, gdy obciąĪenia wywoáują powstawanie nawet niewielkich od-ksztaáceĔ plastycznych, które czĊsto mogą stawaü siĊ przyczyną zmiany lokalnych wáa-snoĞci materiaáu. Sprawa komplikuje siĊ dodatkowo, gdy na obszar spiĊtrzenia od-ksztaáceĔ wpáywają inne czynniki, tak jak w rozpatrywanym przypadku – efekty zwią-zane z oddziaáywaniem nitu.

Podobnie jak w przypadku badaĔ wstĊpnych, badania zmĊczeniowe prowadzono dla próbek nitowanych z usuniĊtymi gáowami nitów od strony páaskownika. W bada-niach skoncentrowano siĊ przede wszystkim na analizie zmian odksztaáceĔ İ_y w páa-skowniku pomijając ich analizĊ w trzonie nitu. Pomiary odksztaáceĔ prowadzono w wiĊkszoĞci przypadków dla piĊciu wybranych faz cyklu obciąĪenia dla zadanych cykli obciąĪenia.

Na rysunku 4.19 pokazano schemat obciąĪania próbki ze wskazanymi fazami po-miaru odksztaáceĔ oraz przykáadowe mapy prąĪków dla próbki o S = 225 MPa.

minimum maksimum

NaprĊĪenia nominalne S, MPa

Numer pomiaru zero

zero zero

-30 -20 -10 0 10 20 30

2 4 6

Rys. 4.19. Schemat obciąĪenia i punkty pomiarowe

Odksztaácenia lokalne w strefie zmĊczeniowego pĊkania

Wyznaczane w trakcie badaĔ rozkáady odksztaáceĔ analizowano gáównie pod ką-tem amplitudy odksztaácenia caákowitego İ_acy w miejscu jego maksymalnej wartoĞci lokalnej w strefie otworu.

Omawiając rozkáad odksztaáceĔ w strefie kontaktu páaskownika i nitu (rys.4.17), wskazano na problem zmiany podziaáki szwu nitów w páaskowniku w trakcie poje-dynczego cyklu obciąĪenia w stosunku do podziaáki w kątowniku (rys.4.20).

strefa A

strefa B Ğrodek

rozciąganie Ğciskanie

podziaáka

Rys. 4.20. Schemat odksztaácania elementów próbki nitowanej

Efekt ten moĪe powodowaü przemieszczanie stref maksymalnych odksztaáceĔ z minimalnego przekroju próbki w kierunku stref kontaktu w póácyklu rozciągania iĞciskania. Strefy te oczywiĞcie są przesuniĊte wzglĊdem siebie, co wskazywaáoby na

koniecznoĞü rozpatrywania co najmniej dwóch obszarów maksymalnej amplitudy od-ksztaáceĔ lokalnych róĪniących siĊ wartoĞcią Ğrednią.

Na rysunku 4.21 przedstawiono przebieg zmian odksztaáceĔ lokalnych w kierunku y w trzech rejonach próbki: w strefie maksymalnych odksztaáceĔ w póácyklu rozciąga-nia (strefa A), strefie maksymalnych odksztaáceĔ w póácyklu Ğciskarozciąga-nia (strefa B) i w minimalnym przekroju próbki (Ğrodek) dla obciąĪenia wahadáowego o Sa= 90 MPa.

Ich maksymalne wartoĞci są mniejsze od odksztaáceĔ odpowiadających zarówno sta-tycznej, jak i cyklicznej granicy plastycznoĞci (rys.4.2). Stąd moĪna zaáoĪyü, Īe w ana-lizowanym obszarze wystĊpowaáy gáównie odksztaácenia sprĊĪyste. NaleĪy jednak pamiĊtaü o ewentualnym wstĊpnym odksztaáceniu plastycznym wywoáanym zakuciem nitu.

0 500000 1000000 1500000 2000000

0,2 Odksztaácenie İyac , %

Numer cyklu

Rys. 4.21. Przebieg zmian odksztaáceĔ lokalnych w kolejnych cyklach obciąĪenia dla trzech stref próbki nitowanej, Sa= 90 MPa

Analiza otrzymanych wyników pomiarów potwierdza efekt niezgodnoĞci poáoĪe-nia stref maksymalnych odksztaáceĔ wywoáanych oddziaáywaniem páaskownika i nitu w póácyklu Ğciskania i rozciągania. Jednak zauwaĪalna symetria maksymalnych i mini-malnych wartoĞci odksztaáceĔ wskazuje jednoczeĞnie na porównywalne wartoĞci ampli-tudy odksztaáceĔ we wszystkich trzech strefach. Na rysunkach 4.22 i 4.23 pokazano porównanie przebiegów zmian amplitudy i wartoĞci Ğredniej odksztaácenia İ_y w rozpa-trywanych rejonach próbki. Jak moĪna zauwaĪyü, przebieg zmian tych wartoĞci w ana-lizowanych strefach róĪni siĊ bardzo nieznacznie. Nieco wiĊksze róĪnice wystąpiáy jedynie w przypadku wartoĞci Ğrednich.

0 0.05 0.1 0.15 0.2

0 500000 1000000 1500000 2000000

0,2

Rys. 4.22. Przebieg zmian amplitudy odksztaácenia lokalnego w kolejnych cyklach obciąĪenia dla trzech stref próbki nitowanej

-0.1

0 500000 1000000 1500000 2000000

0,1 Odksztaácenie İymc , %

Numer cyklu strefa A

strefa B Ğrodek

Sa= 90 MPa

Rys. 4.23. Przebieg zmian wartoĞci Ğredniej odksztaácenia lokalnego w kolejnych cyklach obcią-Īenia dla trzech stref próbki nitowanej

WystĊpowanie kilku obszarów zagroĪonych powstaniem pĊkniĊcia potwierdziá takĪe wynik badania dla Sa= 300 MPa, podczas którego zaobserwowano jednoczesny rozwój pĊkniĊü w strefach A i B, co pokazano na rysunku 4.24. Na taki przebieg pĊka-nia w tym przypadku wpáyw mogáa mieü dodatkowo strefa odksztaácepĊka-nia plastycznego w páaskowniku. DuĪą wartoĞü naprĊĪenia nominalnego powodowaáa pojawienie siĊ rozlegáej strefy trwaáych odksztaáceĔ plastycznych (pozostających w próbce po peánym cyklu obciąĪenia) juĪ w pierwszym cyklu obciąĪenia. Przebieg zmian jej ksztaátu w pojedynczym cyklu obciąĪenia dla odksztaáceĔ w kierunkach x i y przedstawiono na rysunkach 4.25 i 4.26. Analizując rozmiar strefy odksztaáceĔ plastycznych w kierunku prostopadáym do kierunku obciąĪenia (kierunek x), moĪna zaobserwowaü niewielkie zmiany jej wielkoĞci w póácyklu Ğciskania i rozciągania.

páaskownik

nit pĊkniĊcie

strefa B

pĊkniĊcie strefa A Sa= 300 MPa

Rys. 4.24. PĊkniĊcia zmĊczeniowe – Sa= 300 MPa

a) b)

c) d)

páaskownik

nit

S = 0 MPa – po póácyklu rozciągania S = 0 MPa – po póácyklu Ğciskania

–0,6 %

0,9 %

Rys. 4.25. Rozkáady odksztaáceĔ İy i strefa odksztaáceĔ plastycznych w kierunku y dla obciąĪe-niaSa= 300 MPa: a) rozkáad odksztaáceĔ İy po póácyklu rozciągania, b) rozkáad od-ksztaáceĔ İy po peánym cyklu Ğciskania, c) strefa plastyczna po póácyklu rozciągania, d) strefa plastyczna po peánym cyklu Ğciskania

a) b)

c) d)

páaskownik

nit

S = 0 MPa – po póácyklu rozciągania S = 0 MPa – po póácyklu Ğciskania

–0,6 %

0,9 %

Rys. 4.26. Rozkáady odksztaáceĔ İx i strefa odksztaáceĔ plastycznych w kierunku x dla obciąĪe-niaSa= 300 MPa: a) rozkáad odksztaáceĔ İx po póácyklu rozciągania, b) rozkáad od-ksztaáceĔ İx po peánym cyklu obciąĪenia, c) strefa plastyczna po póácyklu rozciągania, d) strefa plastyczna po peánym cyklu obciąĪenia

Zarówno analiza bezwzglĊdnych wartoĞci odksztaáceĔ, jak i ich amplitud dla na-prĊĪenia nominalnego Sa= 90 MPa wskazuje na zmianĊ ich wartoĞci w kolejnych cy-klach obciąĪenia. Jednak zakres tych zmian jest stosunkowo niewielki. Nieco inaczej wygląda sytuacja w przypadku wiĊkszych obciąĪeĔ mogących powodowaü powstawa-nie odksztaáceĔ plastycznych. Na rysunkach 4.27 i 4.28 pokazano przebieg zmian am-plitudy odksztaácenia İ_y dla minimalnego przekroju páaskownika (Ğrodek) w próbkach badanych przy Sa= 225 i 275 MPa, natomiast na rysunku 4.29 wykresy prĊdkoĞci zmian odksztaácenia dla poszczególnych cykli obciąĪenia. W początkowej okresie trwaáoĞci próbek zarówno w pierwszym, jak i drugim przypadku, powstająca w póácyklach roz-ciągania strefa plastyczna wywoáuje cykliczne umocnienie materiaáu, któremu towarzy-szy spadek wartoĞci amplitudy odksztaáceĔ lokalnych oraz wzrost ich wartoĞci Ğredniej w cyklu. Analiza przedstawionych wykresów wykazuje jednak, Īe dalsze obciąĪanie próbek powoduje stabilizowanie odksztaácenia z tendencją do powolnego wzrostu jego wartoĞci. KoĔcowy okres trwaáoĞci w omawianych próbkach przebiegaá w róĪny spo-sób. W przypadku próbki o Sa= 225 MPa pomiar odksztaácenia prowadzono w obszarze inicjacji pĊkniĊcia, natomiast dla próbki badanej przy Sa= 275 MPa w otoczeniu otworu leĪącego po drugiej stronie szwu. Wynikają z tego istotne róĪnice w przebiegu zmian amplitudy odksztaácenia lokalnego związane z efektami redystrybucji obciąĪenia. Po-miar odksztaáceĔ w strefie powstającego makropĊkniĊcia wykazywaá dalszy wzrost ich wartoĞci, przy czym ich zdecydowany przyrost nastĊpowaá dopiero w okresie

bezpo-Ğrednio poprzedzającym inicjacjĊ pĊkniĊcia. Z kolei w przypadku próbki badanej przy Sa= 275 MPa nastĊpowaá stopniowy, niewielki spadek odksztaácenia.

0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

0,45 Odksztaácenie İy, %

Numer cyklu

amplituda odksztaácenia – Ğrodek

wartoĞü Ğrednia – Ğrodek Sa= 225 MPa

pĊkniĊcie

Rys. 4.27. Przebieg zmian odksztaáceĔ lokalnych w kolejnych cyklach obciąĪenia w próbce badanej przy Sa=225 MPa

0 1000 2000 3000 4000 5000

1 Odksztaácenie İy, %

Numer cyklu amplituda odksztaácenia – Ğrodek

wartoĞü Ğrednia – Ğrodek

inicjacja pĊkniĊcia po przeciwnej stronie próbki Sa= 275 MPa

pĊkniĊcie

Rys. 4.28. Przebieg zmian odksztaáceĔ lokalnych w kolejnych cyklach obciąĪenia w próbce badanej przy Sa= 275 MPa

-0.00015 -0.0001 -0.00005 0 0.00005 0.0001

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0,0001

0,00005

0

–0,00005

0,0001

–0,00015 PrĊdkoĞü przyrostu odksztaácenia dİ, %/cykl

Numer cyklu / Liczba cykli Sa= 225 MPa

Sa= 275 MPa

Rys. 4.29. PrĊdkoĞü przyrostu odksztaácenia lokalnego dla Sa= 225 MPa i Sa= 275 MPa Strefa odksztaáceĔ plastycznych

Jak juĪ wspomniano w poprzednim punkcie, pomimo realizacji cyklicznego, w peáni symetrycznego obciąĪenia, w próbce mogą powstawaü trwaáe odksztaácenia plastyczne, pozostające po jej odciąĪeniu. Przyczyną tego mogą byü zarówno róĪnice wáasnoĞci materiaáu w zakresie rozciągania i Ğciskania, umocnienie materiaáu wywoáane jego plastycznym odksztaáceniem, jak i „blokujące” dziaáanie nitu, który w fazie Ğciska-nia niejako zwiĊksza nominalny przekrój próbki, zmniejszając udziaá siáy Ğciskającej páaskownik w stosunku do siáy go rozciągającej.

Do iloĞciowej analizy obszaru odksztaáconego plastycznie zastosowano parametr ij. Jego wartoĞü obliczano jako stosunek pola powierzchni Fi obszaru objĊtego odksztaá-ceniem plastycznym w danej fazie obciąĪenia do jego maksymalnej wartoĞci Fmax

w rozpatrywanym zakresie trwaáoĞci

/Fmax

Fi

ϕ= . (4.1)

W obliczeniach wartoĞci parametru ij uwzglĊdniano jedynie obszar próbki w oto-czeniu otworu w miejscu spodziewanej inicjacji pĊkniĊcia zmĊczeniowego.

Analiza zmian wartoĞci parametru ij w kolejnych cyklach obciąĪenia, przeprowa-dzona dla dwóch faz obciąĪenia: po realizacji póácyklu rozciągającego i po nastĊpują-cym po nim póácyklu ĞciskająnastĊpują-cym nasunĊáa kilka spostrzeĪeĔ. We wszystkich przypad-kach obciąĪenia, dla których obserwowano powstawanie odksztaácenia trwaáego, jego obszar po póácyklu rozciągającym, jak i po póácyklu Ğciskającym pozostawaá w zakresie odksztaáceĔ o znaku dodatnim (rys.4.30).

0 strefa odksztaáceĔ plastycznych po póácyklu rozciągania Sa= 225 MPa

strefa odksztaáceĔ plastycznych po póácyklu Ğciskania

ij

strefa odksztaáceĔ plastycznych po póácyklu rozciągania Sa= 275 MPa

strefa odksztaáceĔ plastycznych po póácyklu Ğciskania

ij

strefa odksztaáceĔ plastycznych po póácyklu rozciągania Sa= 300 MPa

strefa odksztaáceĔ plastycznych po póácyklu Ğciskania ni/N

Rys. 4.30. Przebieg zmian wielkoĞci obszaru odksztaáconego plastycznie w páaskowniku w otoczeniu otworu: a) Sa= 225 MPa, b) Sa= 275 MPa, c) Sa= 300 MPa

W przypadku najwiĊkszej wartoĞci amplitudy naprĊĪenia nominalnego Sa= 300 MPa zarówno strefa plastyczna po póácyklu rozciągającym, jak i Ğciskającym zwiĊkszaáa siĊ, co moĪe wskazywaü na proces cyklicznego peázania, podczas którego

efekty wpáywające na wzrost strefy plastycznej w póácyklu rozciągania nie mogą zostaü zniwelowane póácyklem Ğciskania, a kaĪdy kolejny cykl powiĊksza jej obszar.

W przypadku mniejszych wartoĞci naprĊĪenia nominalnego, tj. dla Sa = 225 i 275 MPa, strefa odksztaácenia plastycznego pozostającego w próbce po peánym cyklu obciąĪenia, po początkowym okresie wzrostu, stabilizowaáa swój rozmiar (z lekką ten-dencją spadkową), aĪ do momentu inicjacji pĊkniĊcia (stosunek ni/Ni= 1). Towarzyszyá temu jednak nieco odmienny przebieg zmian strefy plastycznej po póácyklu rozciągają-cym. Zasadnicza róĪnica polegaáa na wyraĨnym zmniejszaniu siĊ jej rozmiaru w kolej-nych cyklach obciąĪenia w okresie odpowiadającym stabilnemu przebiegowi strefy po peánych cyklach obciąĪenia. Jednak pomimo tych róĪnic, we wszystkich trzech anali-zowanych przypadkach, wzglĊdna róĪnica rozlegáoĞci obszarów odksztaáconych pla-stycznieǻF obliczana jako stosunek róĪnicy pól objĊtych odksztaáceniem trwaáym po fazach rozciągania Fi_tens i Ğciskania Fi_comp i pola po fazie Ğciskania:

comp

zmniejszaáa siĊ systematycznie w kolejnych cyklach obciąĪenia, co pokazano na rysun-ku 4.31.

Numer cyklu / Liczba cykli Sa= 225 MPa

Sa= 275 MPa

Sa= 300 MPa

Sa= 225 MPa Sa= 275 MPa

Rys. 4.31. Przebieg zmian wzglĊdnej róĪnicy wielkoĞci obszarów odksztaáconych plastycznie ǻF

Zmniejszająca siĊ wartoĞü parametru ǻF Ğwiadczy o cyklicznym umacnianiu

Zmniejszająca siĊ wartoĞü parametru ǻF Ğwiadczy o cyklicznym umacnianiu

W dokumencie Doświadczalna analiza rozkładów odkształceń w strefach zmęczeniowego pękania (Stron 48-68)