Изменение деформации

Рассмотрим случай, когда контролирующим параметром циклического нагружения является заданная деформация s (жесткое нагружение). Характерное поцикловое изменение деформаций и напряжений в образце в условиях коррозионного воздействия рабочих сред показано на рис. 6.5. Характер изменения напряжений зависит от циклических характеристик стали (рис. 6.5, в и г). Для циклических упрочняющихся сталей отмечается поцикловой рост напряжений (до определенной наработки), а для циклически разу-прочняющихся - их снижение (см. рис. 6.5, д). В конструктивных элементах из циклически стабилизирующихся сталей напряжения от цикла к циклу должны оставаться неизменными, несмотря на коррозионное растворение металла.

Многие сосуды и аппараты в процессе эксплуатации испытывают малоцикловое нагружение. При одновременном действии коррозионно-активных рабочих сред и переменных во времени нагрузок процессы разрушения металлов заметно ускоряются. Ниже дана методика оценки остаточного ресурса элементов оборудования при малоцикловом нагружении. Вначале рассмотрим случай, когда контролирующим параметром циклического нагружения является заданная деформация (жесткое нагружение). Характерное поцикловое изменение деформаций и напряжений в образце в условиях коррозионного воздействия рабочих сред показано на рис. 3.1. Характер изменения напряжений зависит от циклических характерно гик стали. Для циклически упрочняющихся сталей отмечается поцикловой поп напряжений (до определенной наработки),,а для циклически разупроч-няющихся - их снижение (см.рис. 3.1. д). В конструктивных элементах из циклически стабилизирующихся сталей напряжения оч цикла к циклу должны оставаться неизменными, несмотря на коррозионное растворение металла. В образцах из разупрочняющихся сталей наблюдается тенденция снижения цикловых напряжений.

Изменение деформаций тела прекратится только тогда, когда возникшие внутри тела упругие силы достигнут величины, нужной для того, чтобы всем частям тела сообщить ускорения, необходимые для движения по окружности. Далее равномерное вращение будет происходить при неизменной деформации пружины и тела. Но величины деформаций пружины и тела и характер распределения этих деформаций будут различны. Если массой пружины по сравнению с массой тела можно пренебречь, деформация пружины будет однородна. Что же касается распределения деформаций во вращающемся теле, то в случае удлиненного тела (длина которого, однако, мала по сравнению с радиусом вращения) при условии, что сила, действующая со стороны пружины, распределена равномерно по всему сечению, тела, характер деформации будет примерно такой же, как и в случае прямолинейного движения такого же тела с ускорением /=
На рис. 12, а показано изменение деформаций при знакопеременном цикле напряжений в области вершины резкого-концентратора напряжений. Участок между точками 0 и / соответствует упругопластической деформации в первом полуцикле растяжения. При этом зона пластической деформации локализована в небольшой области у вершины концентратора, а в остальном материале существуют только упругие деформации. Снятие нагрузки приводит к уменьшению деформации (точка 2), а затем в результате воздействия зон материала, находящихся в упругодеформированном состоянии, к их исчезновению (точка 3). Приложение внешней сжимающей нагрузки вызывает продолжение петли гистерезиса до точки 4,. Разгрузка приводит к полному снятию деформаций (точка 5),, а новое приложение растягивающей нагрузки увеличивает деформации до значения, соответствующего точке 6. Дальнейшее знакопеременное циклическое деформирование приводит к изменению деформации по петле между точками 6 и 4 до тех пор, пока не возникнет усталостная трещина.

Упругопластические деформации при знакопеременном цикле напряжений в вершине трещины (рис. 12,6), развившейся на некоторую глубину и вышедшей из зоны влияния исходного концентратора напряжений, существенно отличаются от деформаций в вершине концентратора. Приложение растягивающего напряжения вызывает в вершине трещины упругопластические деформации (кривая 0—/'), по характеру сходные с деформациями в вершине концентратора. При этом, если радиус исходного надреза невелик, то значение деформации, характеризующей положение точки 1', лишь немногим больше, чем для точки / (см. рис. 12, а). Снятие внешней нагрузки вызывает изменение деформаций (!'—2'—3'), также подобное наблюдавшемуся в вершине концентратора. Однако с приложением внешней сжимающей нагрузки закономерность упругопластического деформирования существенно меняется, так как трещина при уменьшении деформации до нуля полностью закрывается, в результате чего зона образца с трещиной может воспринимать сжимающие нагрузки. Напряжения сжатия, однако, не концентрируются у вершины трещины, как при сжатии зоны концентратора напряжений. Кривая деформаций в полуцикле сжатия, таким образом, будет выглядеть как 3'—4'. Характерным в этом случае является отсутствие пластической деформации в полуцикле сжатия. Следовательно, при разгрузке кривая деформирования должна вернуться в точку 3', а последующее растяжение приведет ее в точку 5'. Дальнейшее знакопеременное нагружение вызовет изменение деформаций по петле 5'—3'—4'—3'—5е. Сравнивая работу циклического упругопластического деформирования, определяющуюся пло-

Изменение деформаций во времени при постоянных напряжениях и температуре для разных конструкционных материалов (металл, бетон, пластмассы и др.) описывается качественно сходными кривыми ползучести (см. главу IV), хотя физические механизмы развития деформаций ползучести у этих материалов совершенно различны.

Выдержка образца под постоянной нагрузкой приводит к увеличению деформаций и уменьшению значений напряжений в наиболее опасных точках, т. е. в зоне концентрации происходят процессы ползучести и релаксации. При увеличении времени выдержки скорость изменения напряжений существенно уменьшается. Однако и при максимальном времени выдержки процесс релаксации явно продолжается, в то время как изменение деформаций быстро прекращается (см. табл. 2.8). Влияние времени выдержки учитывает показатель упрочнения т, определяемый при степенной аппроксимации в нелинейной части изохронной кривой деформирования по формулам: для нулевого полуцикла нагружения m(Q) = lg(a/aT)/Jg(e/eT); для последующих полуциклов т(k) = 1§(5/5т)/1§(е/ет), где ат и ет -предел текучести материала и соответствующая ему деформация; 5Т и ет — циклический предел текучести материала и соответствующая ему деформация.

Фиг. 12.26. Изменение деформаций в горизонтальном и вертикальном направлениях гх и еу в точке, расположенной симметрично относительно центра отверстия, в зависимости от времени после^взрыва заряда?азида

Фиг. 12.37. Изменение деформаций в горизонтальном и вертикальном

Связь ременных шкивов осуществляется трением. Именно вследствие этого при некоторых условиях возможно буксование ремня по шкиву. Однако при нормальной работе буксование отсутствует, но скольжение ремня по шкиву все-таки может происходить и при нормаль- ^ j, ной работе. Такое скольжение называется упругим и получается оно из-за того, что натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня оказываются различными, а следовательно, и деформации этих ветвей различны. Изменение деформаций ремня происходит и на шкиве. Вследствие этого на шкиве ремень скользит и потому происходит потеря скорости ведомого шкива. При колебаниях нагрузки машинного агрегата колеблется и скорость ведомого вала, если даже скорость ведущего шкива постоянна. В нормальных условиях жесткость ремня можно считать постоянной.

Формула исходит из допущений, что деформации испытуемого материала пропорциональны нагрузкам и нейтральная ось проходит через центр образца. Так как изменение деформаций чугуна происходит не по закону Гука и ^ьь^^ь- нейтральная ось при стандартных испытаниях на изгиб перемещается в сторону сжатых волокон. При увеличении абсолютного значения чь разность между аьь и чь уменьшается, отношение между ними приближается к единице [121, 122]. и нейтральная ось перемещается к центральному положению:

значительные силы возникают только при быстрых изменениях Деформаций, медленные же деформации не связаны с возникновением заметных сил. Такими свойствами обладает, например, мягкая глина и другие пластичные тела. Поэтому медленно их можно деформировать, прикладывая очень малые силы: удар молотка очень мало расплющивает глиняный шар, в то время как рукой его легко можно расплющить, если это делать медленно. Если тело обладает такими свойствами, то после того, как прекратится изменение деформации, исчезают и силы. Поэтому тела, обладающие такими свойствами, не восстанавливают своей формы.

В эксплуатационном отношении волновые передачи показали удовлетворительные результаты работы при i ^ 100 и сравнительно малых угловых скоростях. Многопарность зон зацепления является положительным свойством подобного редуктора, обеспечивая улучшение динамики и увеличения прочности (несущую способность) зубьев. Однако многократное изменение деформации упругого звена передачи в конечном итоге может вызвать усталостные явления.

В динамографах с электрическими датчиками регистрируют изменение одного из параметров электрического контура—индуктивного сопротивления, омического сопротивления или емкости. Например, в индуктивном датчике (рис. 14.14, а) изменение нагрузки приводит к перемене величины воздушного зазора 8, который меняет коэффициент самоиндукции; в датчике с угольным сопротивлением (рис. 14.14,6) при изменении нагрузки Р меняется сопротивление R угольного столбика, состоящего из ряда пластин; если на испытуемую деталь наклеить проволочное сопротивление (рис. 14.14, в), то относительное изменение деформации к проволоки изменит величину омического сопротивления датчика; если действующее усилие будет изменять воздушный зазор 8 между

Изменение деформации детали во времени связано, как правило, с возникновением на отдельных участках пластических деформаций. При снятии внешний нагрузок упругие деформации исчезают, а при наличии областей, претерпевших пластическое деформирование, процесс перегруппировки внутренних сил протекает более сложно, в результате чего возникают остаточные деформации.

При усталостных испытаниях основными характеристиками являются: предел выносливости, усталостная долговечность, чувствительность к концентрации напряжений, степень поврежденности циклическими нагрузками, скорость роста трещины, число циклов до появления трещины, длительность периода живучести, характеристики петли гистерезиса, изменение деформации образца в процессе циклического нагружения, изменение величины раскрытия трещины,

*4 Изменение нагрузки в заданном режиме. *5 Изменение деформации в заданном режиме.

Вторая причина может быть связана с улучшением связи между волокном и матрицей вследствие дополнительного химического взаимодействия в процессе термической обработки. Например, прорастание иглообразных кристаллов А1В2 в матрицу безусловно способствует улучшению связи между компонентами. Ситуация подобна той, которая возникает в полимерных композициях, армированных «вискеризованными» углеродными волокнами. Естественно, что степень химического взаимодействия не должна превышать некоторой «критической», после которой следует интенсивное разупрочнение борных волокон. Аналогичное изменение деформации до разрушения (прочности) композиций А1 — 45% В и А1 — 25% В и волокон, вытравленных из них после отжига при 500° С, было обнаружено Меткалфом и Клейном [50] (рис. 35). На первой стадии отжига (30 мин) деформация до разрушения волокон и композиции несколько повышается, затем следует стадия значительного разупрочнения, которое стабилизируется на уровне 50% от исходной прочности. Интересно отметить, что прочность

Рис. I. Изменение деформации ползучести силикатопалимер-бетонов (составы 1,2,3,4) при сжатии

Рис. 2. Изменение деформации ползучести силикатодолимер-бетона (состав 3) при растяжении

Рис. 5. Микропластическое деформирование малоуглеродистой стали под действием постоянной нагрузки до начала макропла-стического течения (изменение деформации еп и скорости деформации еп во времени).

При проведении серии испытаний с целью выяснения зависимости сопротивления деформации от скорости нагружения (деформации) необходимо обеспечить возможность сопоставления результатов. Это нужно для того, чтобы выяснить влияние скорости, не искаженное различием закона предшествующего нагружения, поскольку последний влияет на структуру материала и, следовательно, на сопротивление деформации. Такое сопоставление требует проведения испытаний таким образом, чтобы во всей серии испытаний, связанных с изучением чувствительности материала к скорости нагружения, величина последней являлась единственным параметром, определяющим изменение деформации е(^) (напряжений a(t)) во времени. В координатах (е, ?е(е)/ео(е)) такой процесс деформирования описывается кривой, не зависящей от скорости. Соответствующий закон деформирования &(t) назовем параметром испытания.