Концентратора напряжения

' 43- '-• Выравнивание напряжений в окрестности концентратора

а — направление роста кристаллите» и растягивающих напряжсЕшй совпадает (трещина возможна по оси встречи кристаллов); б — направление растягивающих усилий иод углом к направлению роста кристаллов (трещины между осями кристаллов более вероятны, а по оси их встречи менее вероятны); вид — наличие зазора и угловом соединении [дезориентируя структуру шва за счет уменьшения интенсивности теплоотвода, уменьшает вероятность образования горячей трещины; этому способствует и отсутствие концентратора напряжений в соединении с запором (г)]

делают гладкими, без уступов. Тогда для упора колес создают искусственные буртики (рис. 4.17, 6 <>). Упорным буртиком может служить, например, пружинное кольцо (рис. 4.17,6). Для увеличения поверхности контакта перед пружинным кольцом устанавливаю! кольцо / (рис.4.17,в). В конструкции, изображенной на рис. 4.17,<>, упорный буртик создан двумя полукольцами, заложенными в канавку вала. От выпадения полукольца удерживаются поверхностью отверстия колеса. Недостатком приведенных способов является наличие канавки — концентратора напряжений. Поэтому сечение вала по канавке должно быть проверено расчетом на сопротивление усталости.

Расчет проводят в такой последовательности: по чертежу вала составляют расчетную схему, на которую наносят все внешние силы, нагружающие вал, приводя плоскости их действия к двум взаимно перпендикулярным плоскостям (горизонтальной X и вертикальной Y). Затем определяю! реакции опор в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В этих же плоскостях строят эпюры изгибающих МЛ и Му и крутящего Мк моментов. Предположительно устанавливают опасные сечения, исходя из эпюр моментов, размеров сечения вала и концентратора напряжений. Проводят расчет на статическую прочность, на сопротивление усталости.

Недостатком приведенных способов является наличие канавки концентратора напряжений, снижающего выносливость вала. Поэтому сечение вала по канавке должно быть проверено расчетом на выносливость.

Недостатком приведенных способов является наличие канавки — концентратора напряжений, снижающего сопротивление усталости вала. Поэтому сечение вала по канавке должно быть проверено расчетом.

Таким образом, наличие в сосуде концентратора (а0-2,2) более чем в два раза снижает его ресурс. При аа=7,0 ресурс сосуда снижается до 7 лет. Как было показано на примере 2 ресурс сосуда без концентратора напряжений составляет 20,8 лет.

В соответствии с электрохимическим механизмом разрушения металла, развитие трещин можно представить следующим образом. Сначала на поверхности металла возникают небольшие местные поражения, например в виде коррозионных язвинок. На этих участках начинает протекать электрохимический процесс; при этом язвинки начинают действовать подобно запилу в качестве концентратора напряжений. Максимальные значения напряжений будут на дне язвинок и поэтому дно будет иметь более отри-

Резкое изменение размеров сечения, ослабления его всякого рода отверстиями и выточками также приводят к довольно значительным местным отклонениям от общего закона распределения напряжений. Это явление носит общее название концентрации напряжений, а причина, вызвавшая его (отверстие, выточка и т, д.), — концентратора напряжений.

где атах - максимальное напряжение в области дефекта или конструктивного концентратора напряжений; ан - номинальное напряжение вне зоны действия концентратора напряжений.

Коэффициент концентрации напряжений ас зависит от параметров внешней геометрии концентратора напряжений, например, для сварного шва - от ширины Ь, высоты усиления сварного шва, радиуса закругления р в месте перехода от металла шва к основному металлу на внешней (свободной) поверхности, смещения кромок и др. Указанные параметры должны быть определены при диагностировании технического состояния обследуемого аппарата в результате внешнего визуального осмотра и измерений (раздел 4.3).

Наличие в испытуемом образце (изделии) механических надрезов, трещин, внутренних дефектов металла (металлургического, технологическое!) или эксплуатационного происхождения), сквозных отверстий, резких переходов от толстого к тонкому сечению и т. д. приводит к неравномерному распределению напряжений, создавая у основания надреза пиковую концентрацию нормальных напряжений (рис. 26, б). В связи с этим такие источники концентрации напряжений называют концентраторами напряжений. Пик напряжений «т,, тем больше, чем меньше радиус г концентратора напряжения и чем больше глубина надреза с: ст„ = 2onl/c/r, где а„ — номинальное (среднее) напряжение.

расположения концентратора напряжения заметны отклонения, что совпадает с результатами расчета напряженно-деформированного состояния.

При напряжениях переменных во времени наличие концентратора напряжения на образце приводит к снижению предела выносливости.

Следует стремиться к более равномерному распределению напряжений в окрестности концентраторов напряжений. Понижать концентрацию напряжений можно выбором соответствующей формы и расположения проточки (рис. 49), дополнительными вырезами с обеих сторон от концентратора напряжения (рис. 50), выбором оптимального способа соединения деталей и т.д.

расположения концентратора напряжения заметны отклонения, что совпадает с результатами расчета напряженно-деформированного состояния.

На рис. 1.7, а показано распределение напряжений в поперечном сечении, проходящем через надрезы в растянутой пластине. Наибольшие напряжения анаиб возникают у краев надрезов и они значительно превышают номинальные. Концентрация напряжений имеет резко выраженный местный характер, поскольку с удалением от концентратора напряжения быстро падают. Она зависит от вида и геометрических размеров концентратора (от толщины, ширины и глубины надрезов пластины). При изгибе ступенчатого вала (рис. 1.7,6) в зоне галтели возникает концентрация напряжений, значение которой зависит в первую очередь от радиуса закругления г. При посадке подшипника качения на вал с натягом (рис. 1.8) в кольце подшипника и цапфе вала возникает концентрация напряжений. При этом наибольшее их значение будет у краев напрессованного кольца. На рис. 1.9 показана концентрация напряжений в зоне шпоночного паза.

Испытания плоских образцов, упрочненных объемно, и с покрытиями проводятся на комбинированных экспериментальных установках, позволяющих: определять предел выносливости, строить кривые малоцикловой усталости, наблюдать за процессом зарождения трещины в покрытии от заранее созданного концентратора напряжения, определять кинетику распространения трещины в покрытии и в основном металле.

Наличие концентратора напряжения, который способствует более быстрому зарождению усталостных трещин, смещает указанную выше границу перехода в область долговечности более 105 циклов. Неоднородности материала в виде пор явля-

Применительно к круглому образцу с кольцевым надрезом формирование скосов от пластической деформации невозможно, так как вдоль концентратора напряжения уже на незначительном удалении от его вершины реализуется объемное напряженное состояние материала. Указанное напряженное состояние позволяет достигать многократного превышения предела текучести материала перед страгиванием трещины [29].

Рис. 6.26. Схемы различного начального изменения геометрии фронта усталостной трещины около концентратора напряжения и соответствующие им различия в наблюдаемой закономерности роста трещины по боковой поверхности образца [90]

Длительный процесс развития трещины в обоих сечениях (практически около 300 полетных циклов) при плавном увеличении скорости развития трещины свидетельствует об отсутствии каких-либо внешних причин, вызывавших дополнительное нагружение лопатки. Продолжительность роста трещины в течение примерно 30 % от всей наработки лопатки свидетельствует о наличии исходного концентратора напряжения, приведшего к снижению усталостной прочности материала лопатки.