Двухосного нагружения

Испытания на двухосное растяжение методом гидростатического выпучивания и цилиндрических сосудов под внутренним давлением позволяют оценивать механические характеристики в условиях, наиболее близких к эксплуатационным.

а) - широкие плоские образцы на одноосное растяжение; б) - схема испытания и образец на двухосное растяжение методом гидростатического выпучивания; в) - схема испытания С-образных образцов в коррозионной среде; г) - цилиндрические сосуды для испытаний под внутренним давлением

круглую матрицу. Результаты испытаний образцов-дисков на двухосное растяжение позволяют более дифференцированно оценивать прочностные и пластические характеристики основного металла и сварных соединений диагностируемого аппарата с различными техническими состояниями и технологиями изготовлениями.

Пример 'Л. Приведем результаты испытаний крупногабаритных модельных образцов, имеющих форму диска со срезанными сегментами. Если такой диск нагружать центробежными силами, вращая его в своей плоскости, то в центральной части диска (где располагалась заранее созданная трещина) возникает двухосное растяжение с отношением главных напряжений один к двум, как ато имеет место в стенке цилиндрического сосуда давления. Диски толщиной 150 мм были изготовлены из стали 24X211МФА, (а„-~ = 800 Н/мм2, от =-(>(>() (1/Mvr) и имели трещину -в одном случае прямоугольную, а в другом — полузллиптическую (//(2с) принимает значения в диапазоне от 1/3 до 1/4). Результаты так называемых разгонных испытаний приведены па рис. 35.8. Критические напряжения вычислялись через разрушающее число оборотов диска по известным формулам сопротивления материалов, а предел трещиностойкостп—но (33.3). Пз уравнения (33.5) находим зависимость разрушающих напряжении от длины трещины для разных показателей степени г/. Па рис. 35.8 даны критические диаграммы и пределы трещппостопкости для разных значений q. Видно, что наилучшее совпадение с опытом дает <\ ~ 4 (здесь Кг — 7800 Н/мм1''2). Отметим, что значения пределов трещнностой-кости, подсчитанные но разрушающим напряжениям для трещин разной формы совпали между собой [27J.

§ 4. ДВУХОСНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ

§ 4. Двухосное растяжение и сжатие......... 175

Схема воздействия сил («напряженное состояние»). Пластичность, а точнее — деформируемость металлического тела, зависит от величины и направления действия деформирующих сил. Существует девять схем действия: 1) одноосное растяжение; 2) одноосное сжатие; 3) двухосное растяжение; 4) двухосное сжатие; 5) растяжение и сжатие; 6) трехосное растяжение; 7) трехосное сжатие; 8) двухосное растяжение и сжатие; 9) двухосное сжатие и растяжение. >

Существующее многообразие принципов классификации механических испытаний [16, 45, 46] позволяет сравнительно свободно решать самые различные задачи. В частности, при изучении процесса деформационного упрочнения важно проводить испытания так, чтобы металл имел возможность максимально проявить свои пластические свойства. Предложенная Фридманом [1] оценка «жесткости» разных видов механических испытаний через коэффициент мягкости а, основанная на анализе всех возможных видов напряженного и деформированного состояния, позволяет расположить наиболее распространенные из них в следующий ряд (по степени увеличения способности металла к пластической деформации): трехосное растяжение — двухосное растяжение — одноосное растяжение — кручение — одноосное сжатие — трехосное сжатие.

Наиболее простым случаем нагружения плоской пластины является ее двухосное растяжение. Материал испытывает дополнительное стеснение пластической деформации при возрастании второй компоненты растяжения, что приводит к снижению работы пластической деформации. Возникающая при этом ситуация может быть охарактеризована через соответствующую поправочную функцию [73]

Возрастание толщины пластины не влияет на степень стеснения пластической деформации вдоль фонта трещины, что подтверждается независимостью размеров зоны вытягивания от геометрических характеристик пластины [90]. Двухосное растяжение увеличивает степень стеснения, в том числе и у поверхности пластины. У поверхности пластины возникает дополнительное сжатие, препятствующее раскрытию трещины. Этот факт принципиально отличает условия деформирования материала в вершине трещины при двухосном растяжении от условий деформирования материала при одноосном растяжении.

Предыдущие экспериментальные данные, представленные в работе [64] в виде заштрихованной полосы разброса экспериментальных данных по одноосному нагружению, показывают, что границы слева и справа для полосы разброса имеют коэффициенты пропорциональности 1,35-10~10 и 0,55-10~10 для кинетических кривых при показателе степени пр = 2,25. При непринципиальном отличии в показателях степени для двух выполненных испытаний одного и того же материала при одноосном нагруже-нии нижняя граница полосы разброса почти совпадает с экспериментальными данными для симметричного двухосного растяжения материала. Из этого следует, что сопоставление экспериментальных данных для одного и того же материала, но для разных экспериментальных условий — стандартные образцы на одноосное растяжение и крестообразные образцы на двухосное растяжение может приводить к погрешностям в оценке роли второй компоненты нагружения

В ряде работ (например, /60/) для оценки свойств сварных соединений в условиях двухосного нагружения использовалось сравнение результатов испытаний образцов на гидростатическое выпучивание и сосудов на внутреннее давление. При этом отмечалось, что даже при подобии напряженного состояния в рассматриваемых объектах наблюда-

ОБОЛОЧКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ (ОБЩАЯ ЗАДАЧА ДВУХОСНОГО НАГРУЖЕНИЯ)

Большинство результатов исследований, посвященных изучению особенностей наступления предельного состояния материалов оболочковых конструкций в условиях их двухосного нагружения, сводится к построению критериев их разрушения в условных напряжениях на основании полученных данных о максимальных нагрузках и наи-болы51их равномерных деформациях. Последние, как правило, определяют в результате испытания трубчатых образцов при одновременном действии внутреннего давления и осевой силы, обеспечивающем различные ва-рианты двухосности напряженного состояния в стенке моделирующих трубчатых образцов /46, 53, 61, 82/. Обобщение результатов данных исследований позволило установить наиболее важные закономерности, лежащие в основе построения критерия потери устойчивости пластического деформирования сварных оболочковых конструкций В частности, авторами данных исследований отмечается, что наступление предельного состояния оболочковых конструкций проявляется либо в виде местного сужения, либо в виде выпучивания. В первом случае процесс обусловлен локализацией пластических деформаций, во втором — наступлением общего неустойчивого состояния конструкции. Отметим,

что приведенные в работах /83, 84/ результаты исследований являются основополагающими для двухосного нагружения листовых конструкций. Потеря устойчивости пластического деформирования материалов листовых конструкций (штоские элементы) в условиях двухосного нагружения существенно отличается от данного процесса, протекающего в оболочковых конструкциях (оболочках давления). На данное обстоятельство было обращено внимание в работе /46/ с целью предотвращения попыток использования решений /83, 84/ при оценке несущей способности оболочковых конструкций. В частности, отмечалось, что, во-первых, момент достижения максимального усилия, разрывающего стенку сосудов давления, не совпадает с моментом достижения максимума давления внутри оболочковой конструкции. Во-вторых, неустойчивость пластического течения оболочковых конструкций, связанная с достижением максимального значения внутреннего давления Рпшх (dP I d& - 0), наступает раньше (т.е. при меньших деформациях и напряжениях), чем пластическая неустойчивость, соответствующая максимуму усилия, приложенного к стенке оболочки в направлении наибольшего главного напряжения <з"'ах (d<3\ I cfe = 0). В связи с этим с позиций прочносги оболочковых конструкций, работающих в условиях нагружения внутренним давлением, величины напряжения и равномерной деформации, соответствующие достижению максимального давления, являются предельными, так как их превышение предопределяет процесс самопроизвольного развития деформаций и сопровождается разрушением конструкций.

Выбор критерия пластичности в форме М. М. Филоненко-Бородича, являющегося обобщением критериев пластичности Сен-Венана и Ми-зеса и представляющей условие пластичности как конгруенцию вида напряженного состояния, обусловлен его большим соответствием реальным силовым схемам оболочковых конструкций, кроме того, как будет показано в следующих разделах, данный критерий пластичности отвечает специфике скольжения и пластического течения материалов, работающих в условиях двухосного нагружения.

Анализ полученных данных по напряженно-деформированному состоянию соединений в условиях двухосного нагружения показал, что и в этих условиях нагружения наблюдаются закономерности, связанные

путем замены в них &м на критериальную величину kc, характерную для случая произвольного двухосного нагружения соединений.

соединений в условиях двухосного нагружения

Как было показано в предыдущем разделе, для оценки несущей способности механически неоднородных сварных соединений оболочковых конструкций достаточно знать величины коэффициента контактного упрочнения мягких прослоек в условиях их двухосного нагружения Кк,п\ и параметра (3„, характеризующего несущую способность оболочек давления по моменту потери их пластической устойчивости.

Рассмотрим некоторые подходы использования метода линий скольжения при анализе несущей способности конструкций в условиях их двухосного нагружения.

В работах /92, 95/ было показано, что в условиях двухосного нагружения направление скольжения в деформируемом теле (наклон линий скольжения) определяется соотношением приложенных напряжений и в общем случае не совпадает с траекториями максимальных касательных и октаэдрических напряжений, которые являются линиями скольжения в условиях плоской и осесимметричной деформации.