Комбинированного нагружения

Для упаковки металлоизделий в качестве наружного (барьерного) слоя с бумагой или картоном. Хорошо сохраняет ингибитор в упаковке. Пригодна в виде комбинированного материала для запрессовки на его поверхности под слоем термоусадочной пленки мелких металлоизделий

ких товаров, как клюшки для игры в гольф, луки, удочки и теннисные ракетки. Работы в этой области очень важны, так как если внедрение пройдет успешно, то потребность в большом количестве материала будет в свою очередь воздействовать на стоимость углеродного волокна. В 1956 г. стеклопластики были применены как для изготовления деталей ракет и обтекателя антенны самолетной радиолокационной станции, так и для изготовления удочек. Та же ситуация наблюдается в настоящее время с углеродными волокнами. Одним из примеров является клюшка для игры в гольф. Ручка этой клюшки изготовляется отделением Columbia Products фирмы Shakespeare Company (Южная Каролина) из графитовой пряжи Торнел-400 фирмы Union Carbide Crporation, пропитанной высококачественной смолой. Такая ручка весит лишь 73 г, в то время как стальная ручка или ручка, целиком изготовленная из стеклопластика, весит 126 г, а ручка из комбинированного материала на основе стекловолокна и углеродного волокна весит 105 г. Интересно, что введение этого новшества открыло целый ряд новых возможностей. Из-за уменьшения массы ручки масса крюка может быть несколько увеличена, что дает возможность выполнить более быстрый размах клюшкой. По оценкам Левинса, вице-президента по производству фирмы Shakespeare Company, в момент удара по мячу средним профессиональным игроком в гольф клюшка имеет скорость 160—170 км/ч; при соответствующей ориентации высокомодульных волокон можно изменить форму изгиба ручки клюшки для более эффективной передачи запаса энергии мячу. Применяемая для ручки графитовая пряжа Торнел-400 фирмы Union Carbide имеет следующие типичные характеристики: предел

В гл. 5, которая посвящена вопросу применения дешевых и дорогих композиционных материалов в железнодорожном транспорте, описываются зубчатые колеса из комбинированного материала на основе углеродного и найлонового волокна, в котором используются рубленые графитовые волокна. Этот пример также иллюстрирует возможность улучшения ряда характеристик при использовании перспективных композиционных материалов.

подобраны так, что они в своей анизотропии образуют поле сопротивлений (фак-тич. распределение неодинаковых в зависимости от расположения и направления механич. свойств), совпадающее с полем напряжений детали (см. Анизотропные материалы). В емкостях, напр., наиболее надежным будет комбинированный материал из металлич. обечайки, воспринимающей осевую нагрузку, и оплетки из высокопрочной проволоки или однонаправленного стеклопластика,сопротивляющейся окружным напряжениям. В подобных случаях требование однородности относится к каждому отдельному элементу комбинированного материала или механич. св-вам, полученным на образцах по определенному направлению.

Весьма существенно, что надежность металлического элемента комбинированного материала, например емкости из высокопрочной стали, оказывается выше, чем если бы он испытывался отдельно от упрочняющей оплетки. Улучшаются также жесткость и упругая устойчивость. Сравнение этих весьма важных для тонкостенных оболочечных конструкций качеств моно-

литных стальных емкостей, изготовленных из комбинированного материала при одном и том же весе, показывает, что упругая устойчивость комбинированного изделия эквивалентна той, которая имела бы место при повышении модуля упругости стали не менее чем на 50%. Хорошо известно, как незначительны возможности изменения модуля упругости, не являющегося структурно чувствительным свойством, и возможность эквивалентного повышения его в 1,5 раза трудно переоценить.

Еще более эффективными могут оказаться комбинированные материалы; с упрочняющей волокнистой оплеткой, имеющей более высокий модуль, чем применяемые в настоящее время стекловолокниты с модулем 5000— 6000 кГ/мм2, в частности: нити на основе бора или бериллиевая проволока. В этом случае достигается более высокая степень совместности деформаци»-и более высокий показатель эффективности комбинированного материала.

пряженной металлической поверхностью начинает контактировать материал каркаса. Сила трения на этом участке резко увеличивается, что приводит к повышению температуры комбинированного материала. Ввиду значительно более высокого, чем у металла, температурного коэффициента линейного расширения фторопласта, он выступает из пор и размазывается по поверхности трения, что вновь приводит к снижению коэффициента трения на этом участке. Таким образом осуществляется самовосстановление поверхностного слоя и сохранение высоких антифрикционных свойств. Примером такого материала является С-1, разработанный в ИМАШе А. К. Дьячковым [16].

Так как слой фторопласта в ленте имеет незначительную толщину, коэффициент теплопроводности этого комбинированного материала близок по значению к коэффициенту теплопроводности металлов. Так, в процессе износа коэффициент теплопроводности ленты изменялся от 14,7 до 33,8 Вт/(м-°С), поэтому для рас-is. Сортамент выпускаемых изделий из ленточного Спрелафлона (SF, a, b или с)

Так как слой ПТФЭ на ленте имеет весьма незначительную толщину, то теплопроводность этого комбинированного материала близка теплопроводности металла ленты. В процессе изнашивания теплопроводность ленты изменялась от 14,7 до 33,8 Вт/(м-°С) при рекомендованном расчетном его значении 28 Вт/(м.°С). Столь высокие значения теплопроводности ленты предопределяют (наряду с низким коэффициентом трения) низкую температурную напряженность эксплуатации этих подшипников.

Подшипники скольжения, изготовляемые штамповкой из ленточного металлофторопластового комбинированного материала [29, 70, 75], способны успешно работать без смазкн в различных газовых средах (в том числе и химически активных) и в вакууме, а также при недостаточной смазке в диапазоне температур от —200 до +300 °С (при кратковременной работе до +350 °С). Выдерживают удельные нагрузки до 150 МПа. Ме-таллофторопластовый материал состоит из стальной основы (стали Овкн, Юкп), тонкого напеченного пористого слоя нз высокооловянистой бронзы (0,3 мм), поры которого заполнены смесью фторопласта-4 с ди-сУльфидом молибдена (рис. 8). Лен-^чный материал (ТУ 27-01-01-1—75) изготовляют на линиях непрерывного Действия с использованием порошко-^и металлургии, а подшипники (свер-™ые втулки, упорные шайбы, сфери-'«ские подшипники) из него — штам-ВДвкой. Обработка резанием сведена

2. Условие отсутствия скольжения в соединении. Определение необходимого натяга. Посадки с нятягом обеспечивают точное центрирование деталей, т. е. совпадение их осей после сборки. Поэтому иногда их применяют только с этой целью. В тех же случаях, когда эти посадки предназначены для передачи осевой силы или крутящего момента с вала на втулку (или наоборот), прочность соединения должна быть проверена расчетом. На рис. 14.2 представлена схема нагружения элемента поверхности распределенными силами трения рп, Prz> возникающими под действием комбинированного нагружения соединения осевым усилием РА и моментом Т. В силу осевой симметрии элементарные силы трения распределение по поверхности равномерно и значение рп определяется из очеви^-

С учетом в качестве характеристики материала зоны пластической деформации г*, усредненные напряжения в которой определяют момент разрушения, было предложено для комбинированного нагружения определять вязкость разрушения из следующего соотношения [74]:

при комбинированном внешнем воздействии. Статическое проскальзывание может быть задержано в результате возрастания зоны пластического притупления при уменьшении степени стеснения пластической деформации. Увеличение степени перенапряжения материала в области двухосного растяжения, когда размер зоны пластической деформации уменьшается, но одновременно с этим в вершине трещины может быть реализован более высокий уровень предела текучести материала, а следовательно, и предельное напряжение растяжения, при котором начинается статическое проскальзывание, может не приводить к изменению вязкости разрушения. Оба условия могут быть реализованы одновременно, поскольку при увеличении перенапряжения материала возникает препятствие для раскрытия берегов трещины. Существенно подчеркнуть, что в отличие от одноосного при двухосном растяжении повышение степени стеснения пластической деформации приближает условие деформирования материала к минимальным затратам энергии на разрушение, что увеличивает вязкость разрушения, а не снижает ее. Из этого следует, что влияние комбинированного нагружения на достижение предельного состояния при монотонном раскрытии берегов трещины выражено не только в уменьшении размеров зоны пластической деформации, но оно одновременно препятствует достижению критического раскрытия трещины, при котором может быть реализовано статическое проскальзывание трещины.

личных по направлению и величине внешних нагрузок сопровождается изменением комбинации одновременно протекающих процессов деформирования материала у кончика трещины вдоль всего фронта. Одни факторы влияют на вязкость разрушения только в результате перераспределения затрат энергии вдоль фронта трещины, а другие оказывают влияние на размер зоны и непосредственно изменяют раскрытие вершины трещины. Условия нагружения позволяют или препятствуют материалу реализовать различные способы поглощения энергии перед скачком трещины. Поэтому в зависимости от условий комбинированного нагружения имеет место возрастание или убывание вязкости разрушения в результате доминирования одного или комбинации процессов деформирования материала (возможность затупления трещины, перенапряжение материала, препятствующее раскрытию трещины и т. д.).

Изучение сопротивления усталостному и хрупкому разрушению металлов при комбинированном воздействии гармонических и ударных напрузок в условиях низких температур имеет важное значение. Как при гармоническом, так и при комбинированном нагружении с понижением температуры предел выносливости стали 15Г2АФДпс растет. Имеет тенденцию к увеличению со снижением , температуры до _140°С и отношение ff-i/ffB при гармоническом нагружении, которое изменяется от 0,5 при +20°С до 0,7 при температуре —140°С. В случае комбинированного нагружения при нормальной и низкой температурах пределы выносливости стали 15Г2АФДпс снижаются тем больше, чем больше дополнительные напряжения от ударного приложения нагрузки.

На рис. 14, а, б приведены примеры экспериментального определения критических коэффициентов интенсивности напряжений при действии комбинированного нагружения. Заметим, что линейное расположение экспериментальных данных в пространстве координат log ac, log ac с наклоном —1/2 фактически есть экспериментальное доказательство того, что коэффициенты интенсивности напряжений, определяемые уравнением (28), действительно постоянны. Далее, приведенные данные показывают, что при заданном условии нагружения упругое решение (уравнение (37)) применимо к нашему композиту и что характерный объем разрушения гс существует. Однако постоянство гс при одном виде комбинированного нагружения можно интерпретировать только как необходимое условие проверки гипотезы, что разрушение имеет место внутри постоянного объема впереди кончика трещины. Для подтверждения достаточности проверки значение гс должно быть постоянным при любых условиях комбинированного нагружения.

При заданном условии комбинированного нагружения k^/^ = т для любого угла ориентации относительно кончика трещины относительные величины напряжений можно определить из уравнений (37). После этого вектор прочности зр для любого сложного плоского нагружения можно определить из уравнения (41), используя константы (43). При заданной величине критического объема гс из уравнения (44) можно найти вектор напряжений & для соответствующих полярных углов. В точке касания к траекториям <&* и ff можно определить критическое значение и ориентацию вектора напряжений <5РС. По известной величине критического вектора напряжений с5"с можно вычислить критический объем гс для условия нагружения /с2/А;г = т. Пример таких вычислений для случая /С2/&! = 1 приведен на рис. 15, причем видно, что критическая ориентация при $ = ff- отлична от направления максимального <ЦР. После аналогичных вычислений для предельных случаев чистого растяжения и чистого сдвига соответственно-

Мы видим, что радиус критического объема гс постоянен для этих двух предельных случаев комбинированного нагружения. Чтобы проверить другие случаи комбинированного нагружения, по значению гс = 0,077 дюйм построим в пространстве k^z теоретическую огибающую разрушения (рис. 16). Великолепное совпадение теории с экспериментом [70, 74] в первом квадранте пространства kjtz (комбинированное нагружение — растяжение и сдвиг) является достаточным доказательством того, что при сложных напряженных состояниях, характеризуемых критерием разрушения в виде тензорного полинома (3), разрушение начинается с разрушения постоянного объема гс.

(1) Для эмпирического построения поверхности разрушения больше не требуется проведение обширных испытаний в условиях комбинированного нагружения. Критический объем гс, который является характеристикой данного композита, можно определить из такого простого эксперимента, как разрушение при чистом растяжении. При любом другом простом или сложном нагружении разрушение можно охарактеризовать на основе анализа напряжений в кончике трещины и феноменологического критерия разрушения.

104. Влияние комбинированного нагружения в условиях ползучести и термической усталости на долговечность стали 15Х1М1Ф/ Г. А. Туляков, И. И. Трунин, Ю. Д. Старостин, Е. Р. Голубовский // Теплоэнергетика. 1975. № 2. С. 60-63.

Хотя методы аналитического определения предельных напряжений композитов имеют неоспоримое преимущество перед чисто экспериментальными методами, отсутствие уверенности в правильности использованного критерия прочности требует проведения испытаний слоистых композитов в условиях комбинированного нагружения. Аналитические критерии, предложенные Даем, By и Шойблейном, требуют также проведения испытаний'при плоском напряженном состоянии для вычисления смешанных компонент тензоров прочности. Из различных типов образцов, используемых для определения предельных напряжений композиционных материалов при комбинированном нагружении, наиболее предпочтительными являются тонкостенные трубки, нагружаемые внутренним и наружным давлением, осевой нагрузкой и кручением.