Градиента напряжения

Заметим, что циклическая повреждаемость зависит не только от теоретического коэффициента концентрации напряжений аст , но и от градиента напряжений G :

Структурно чувствительные свойства гетерогенных сплавов зависят от величины и градиента напряжений, дисперс ности фаз, изолированности ферромагнитных кристаллов и других факторов, рассмотренных выше.

обще говоря, отличается от концентрации водорода С„, однородно распределенного по объему образца при предварительном насыщении. Связано это с тем, что образование шеикп в образце обуславливает возникновение в нем градиента напряжений и соответствующий приток водорода в зону наименьшего сечения согласно уравнению (47.4). Дополнительный вклад в перераспределение водорода в пластически деформируемом образце может внести также перенос его дислокациями посредством атмосфер Коттрел-ла. Действие этих факторов отчетливо проявляется в хорошо

кализация энергии и деформационные нарушения. Области, удаленные от центра дисло-кадий, локализуют преимущественно упругую энергию. Изменение энергии в зависимости от положения атомов в зоне дислокации показано на рис. 20. Минимум энергии соответствует равновесному положению атомов. Чем больше энергия атомов, стремящихся сжать дислокацию, тем уже дислокация (кривая /); меньшая энергия в зоне дислокации характеризует более широкую дислокацию (кривая 2). Под действием градиента напряжений дислокация способна перемещаться в кристалле путем диффузии или скольжения. Обладая повышенной энергией, дислокации «притягивают» чужеродные атомы и вакансии, образующие вокруг них «атмосферу Коттрелла», которая тормозит движение дислокаций. При сближении дислокации одинаковых знаков отталкиваются, а разных — притягиваются и могут в последнем случае взаимно уничтожаться (аннигиляция дислокаций). Особенностью дислокации яв-

Структурно чувствительные свойства гетерогенных; сплавов зависят от величины и градиента напряжений, дисперсности фаз, изолированности ферромагнитных кристаллов и других факторов, рассмотренных выше.

повреждения (рис. 10.13) связано с хрупким проскальзыванием трещины. Наличие каскада трещин указывает на возникновение высокого градиента напряжений в момент нанесения повреждения. Однако эти трещины не снимают полностью остаточные напряжения. Наличие зон с измененной и неизмененной структурой материала приводит к созданию его объемного напряженного состояния. Причем эквивалентное напряжение приводит к захлопыванию трещин. На это указывает тот факт, что от растрескиваний не выявлено зарождения усталостных трещин в эксплуатации при наработке диска вплоть до 4066 ч.

Существенное проявление эффекта масштаба наблюдается только при наличии градиента напряжений. При испытании гладких образцов эффект масштаба проявляется при изгибе и кручении и практически отсутствует при растяжении, т. е. в условиях однородного

напряженного состояния. В соответствии с небольшим изменением градиента напряжений в области больших диаметров интенсивность снижения пределов выносливости уменьшается, а пределы выносливости образцов при изгибе и растяжении-сжатии сближаются [3].

Предел выносливости при изгибе гладких образцов из катаной стали диаметром более 10 мм может быть найден по следующей зависимости ![3]: а_! = о'_1р(1+ат](Г ),где а_1Р — предел усталости при растяжении-сжатии; a — коэффициент влияния относительного градиента напряжений (a = 0,3-f-0,7); t\0 — относительный градиент напряжений.

Сопротивление деталей усталости зависит не только от величины коэффициента ас , но и от скорости убывания напряжений по мере углубления внутрь металла — градиента напряжений. Градиент характеризуется тангенсом угла 0 наклона касательной к эпюре распределения напряжений у поверхности

При циклических нагружениях эффективный коэффициент концентрации напряжений почти всегда меньше теоретического (Цд < <а0.) Это объясняется: а) перераспределением напряжений, вызываемым текучестью материала в пластической зоне и ползучестью; б) влиянием градиента напряжений и масштабного фактора; в) зависимостью в общем случае условий разрушения от комбинации главных напряжений у поверхности концентратора и по сечению (при оценке К а учитывается только одно главное напряжение).

Рис. 2.48. Зависимость градиента напряжения ? в столбе дуги от суммы катодного и анодного падений напряжения Uf + Ua

Отношение К.а /аа зависит от радиуса кривизны надреза, т. е. от градиента напряжения у основания надреза. Усталостное разрушение надрезанного образца произойдет только в том случае, если напряжениями, превосходящими предел выносливости металла (при однородном распределении) ст_ь будет нагружен определенный объем металла у основания надреза.

Допускаемое предельное значение градиента напряжения (падения на единицу длины) определяется не как частное UJl, a как производная

Согласно этой формуле наибольшее значение градиента напряжения будет наблюдаться в начале участка:

Выполнение первых двух требований обеспечивает ограничение падения напряжения в туннеле и тем самым утечку тока в грунт. Выполнением третьего требования предотвращается прямое натекание блуждающих токов на посторонние сооружения. Особых требований к покрытиям стенок туннеля, применяемым, например, для защиты от проникновения влаги, в отношении их электроизоляционных свойств не предъявляется. Опыты, проведенные в существующих и сооружаемых туннелях показали, что покрытия, наносимые с экономически приемлемыми затратами, практически не вызывают повышения переходного сопротивления на землю, поддающегося измерению. Этот эффект не может сам по себе обеспечить в течение длительного времени достаточной защиты от блуждающих токов. Кроме того, теоретические исследования показывают, что изолирующее действие покрытия оказывает лишь незначительное влияние на величину падения (градиента) напряжения в туннеле, если продольное сопротивление стенок туннеля достаточно мало, а сопротивление между ходовыми рельсами и стенкой туннеля достаточно высоко. Если пренебречь утечкой тока из несущей конструкции туннеля в окружающий грунт, то распределение токов и потенциалов для системы ходовой рельс — туннель можно получить по аналогии со способом, показанным в разделе 24.4.1 для системы ходовой рельс — трубопровод. Для максимального падения напряжения в туннеле UT max можно записать

Теоретические коэффициенты концентрации напряжений и градиенты напряжений в зависимости от глубины t и радиуса р надреза в бесконечной пластине даны в табл. 5. Значения минимумов на кривых рис. 30 находятся в хорошем соответствии с пределами выносливости по трещинообразовя-нию. Отметим, что при постоянной глубине t=2,0 мм ниже некоторого градиента напряжения на кривых не наблюдается ни максимума, ни минимума. Поэтому можно сделать вывод, что для надежного расчета предела выносливости по разрушению на основании максимума теоретической кривой нераспространяющейся усталостной трещины необходимо использовать кривую, построенную для глубокого и острого надреза.

Образцы (рис. 1, а) подвергались малоцикловому нагружению па растяжение — сжатие. На рисунке точно указаны размеры образца, а форма его искажена. Кривые на рис. 1 показывают: б — распределение напряжения; Ъ — распределение градиента напряжения;

новном ацетиленовой) и графита. Соотношение сажи и графита в Р. э. зависит от типа применяемого каучука. Содержание каучука в Р. э. колеблется в пределах 30 — 35%. Большое влияние на электропроводность резины оказывает характер и дозировка применяемого мягчителя; введение веществ, имеющих полярные группы, позволяет получить резину с высокой электропроводностью. В шахтных кабелях для забойных машин и бурильного инструмента Р. э. применяются в качестве экрана для подачи импульсов тока к специальным отключающим устройствам/Экран из Р. э. расположен т. о., что через него подается импульс тока и происходит отключение кабеля от сети прежде, чем возникает короткое замыкание основных жил, находящихся под напряжением 127—'660 в. Уд. объемное сопротивление Р. э. для шахтных кабелей не должно превышать !• 102 ом-ст. В высоковольтных кабелях экраны из Р. э. служат для уменьшения неоднородности электрич. поля, возникающей из-за много-проволочности токопроводной жилы, снижения максимального градиента напряжения и шунтирования воздушных прослоек между токопроводящей жилой и изоляцией с целью исключения явления ионизации воздуха. Уд. объемное сопротивление Р. э. для высоковольтных кабелей не более 1-10* ом-см. В кабелях дальней связи экран из Р. э. уменьшает влияние внешних электрич. помех на работу кабеля и в сочетании с другими элементами кабеля позволяет получить необходимую величину километрич. затухания. В данном случае проводимость резины оценивается поверхностным сопротивлением, к-рое должно находиться в пределах 1-Ю2—1,5- 10s ом. Р. э. применяются также в радиотехнике для некоторых деталей, электрич. сухих батарей и др. п. м. Глупушкин^

С. с э. п., кроме того, служат для элект-ролитич. осаждения на их поверхности цинка, кадмия, меди, никеля, хрома. Поверхностный полупроводниковый слой на стекле используется как катод, для выравнивания градиента напряжения на поверхности стеклянных баллонов высоковольтных электровакуумных приборов (высокоомные пленки на стекле), для снятия зарядов с поверхностей деталей элект-ротехнич. приборов, для изготовления высокоомных теплостойких стабильных сопротивлений (постоянных или переменных), а также в качестве прозрачных электродов в произ-ве фотоэлементов для различных люминесцирующих устройств.

При подогреве токами высокой частоты скорость нагревания каждого участка объёма материала зависит от величины градиента напряжения в данном участке; скорость нарастания температуры не зависит от состояния соседнего участка, вследствие чего при условии однородности материала и постоянства градиента напряжения температура во всех участках материала будет одинакова в каждый данный момент. Передача тепла кондукцией здесь не играет роли, а потому плохая теплопроводность прессовочных материалов не является в условиях обогрева токами высокой частоты отрицательным фактором.

Скорость изменения градиента напряжения по соответствующим координатам определится следующим образом: