ОБЗОР МОДЕЛЕЙ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
Усталостное разрушение при циклических нагрузках является результатом многократно повторяющихся упругих и пластических деформаций, распределенных неравномерно по объему детали. Высокий уровень форсирования современных дизелей определяет тепловые и механические нагрузки, действующие на поршень, что приводит к его преждевременному разрушению. При многократно повторяющихся упругих и пластических деформациях в некоторых сечениях или по всему объему детали происходит усталостное разрушение, предвестником которого является развитие трещины. Вместе с тем поршень при наличии трещины может проработать практически весь ресурс, если развитие трещины не происходит. Трещина создает свое собственное поле напряжений, которое определяется коэффициентом интенсивности напряжений. Он характеризует концентрацию напряжений у вершины трещины и зависит от действующей нагрузки, геометрии детали, размера трещины, а в случае и анизотропного материала – еще и от характеристики упругости. Для аналитического описания скорости роста трещины предложено более 60 формул и все они основаны на том, что все процессы, происходящие в вершине трещины, а также скорость развития трещины от числа циклов зависят от коэффициента концентрации напряжений. По величине коэффициента интенсивности напряжений судят об устойчивости или неустойчивости трещины. Трещина называется устойчивой, если она не увеличивается или ее рост линейно зависит от нагрузки. При выборе соответствующего эксплуатационного режима двигателя трещины на кромке камеры сгорания поршня может и не развиваться и таким способом можно добиться того, чтобы трещина не увеличивала свои размеры. Неустойчивой будет такая трещина, распространение которой мало зависит от нагрузки. Рассмотрены используемые модели усталостного разрушения при наличии трещины и даны рекомендации для проведения расчета долговечности.