Материалов прочность

Важнейшие хврактериетики указанных материалов приводятся в соответствующей литературе по курсу "Материаловедение". Поэтому здесь кратко приводятся антикоррозионные свойстве не металлических материалов И возможные области их применения (табл..5').

где / — коэффициент трения, определяемый экспериментально. Коэффициенты трения для различных пар материалов приводятся в справочниках. Коэффициент / трения скольжения для ряда широко применяемых в промышленности материалов имеет следующие усредненные значения:

Величина <э называется коэффициентом снижения допускаемого напряжения. С увеличением гибкости она уменьшается. Значения коэффициентов ср для некоторых материалов приводятся в табл. 13.1.

где F — сила трения, /*?, — нормальная сила, прижимающая звено / к звену 2, f — коэффициент трения (рис. 53). Значения коэффициентов трения для различных материалов приводятся в инженерных справочниках.

Ориентировочные режимы термообработки поковок из различных материалов приводятся в справочной литературе [4].

Окончательное решение о выборе того или иного материала принимают на основе технико-экономических расчетов с учетом возможности экономии материала и повышения эффективности производства. В настоящем курсе рекомендации по выбору материалов приводятся в соответствующих главах в конкретном приложении к различным деталям.

Теория разрушения композиционных материалов довольно подробно описана в недавно вышедшем на русском языке седьмом томе известной серии «Разрушение» (часть 1, часть II, М.. «Мир», 1976) и в пятом томе настоящего издания. Некоторые результаты, относящиеся к разрушению анизотропных материалов, приводятся в данном томе (глава 9). Однако здесь полностью отсутствует изложение критериев длительной прочности, характеризующих реономность процессов разрушения — специфическую особенность разрушения многих композиционных материалов.

яостью исключали какой-либо механизм их образования, кроме обкатывания. Полученные в результате такого эксперимента частицы по размеру не превышали 5 мкм. Однако размер сферических частиц может существенно изменяться от условий трения и свойств материалов. Приводятся данные, в которых диаметр частиц изменялся от 2,5 до 160 мкм. По мнению автора, необходимым условием образования частиц сферической формы является близкое к 1 отношение амплитуды колебания при фреттинге к окружности сферической частицы. В приведенных данных разных авторов для различных материалов и условий это отношение колеблется от 0,2 до 2,4.

Величину ф называют коэффициентом уменьшения основных допускаемых напряжений при сжатии. Значения ф в зависимости от величины гибкости Я, для различных материалов приводятся в таблицах в нормативных источниках и в справочниках. Пользуясь такими таблицами, по вычисленной гибкости находят коэффициент ф, а по нему — допускаемое напряжение [0У]. Так как для определения К необходимо знать размеры и форму еще не подобранного сечения, задачу решают путем двух-трех последовательных приближений.

Значения величин аер и авра для опре- ботающий на растяже-деленных материалов приводятся в соответ- ние:

Значения удельной энергии, требуемой для нагревания, плавления и испарения наиболее часто употребляемых на практике материалов, приводятся в табл. 11. Для испарения металлов тре-

Как известно из сопротивления материалов, прочность элемента конструкции (детали машины) считают обеспеченной, если для опасной точки выполняется условие

Как известно из сопротивления материалов, прочность элемента конструкции (детали машины) считают обеспеченной, если для опасной точки выполняется условие

КЛЕЙ, адгезивы,- композиции на осн. органич. или неорганич. в-в, способные соединять (склеивать) разл. материалы за счёт образования прочной адгез. связи клеевой прослойки с поверхностями соединяемых материалов. Прочность клеевого шва зависит от адгезии К. к склеиваемым поверхностям, когезии клеевого слоя и свойств склеиваемых материалов. Основой органич. К. служат гл. обр. синтетич. олигомеры и полимеры, образующие клеевую плёнку в результате затвердевания при охлаждении (термопластичные К.), отверждения (термореактивные К.) или вулканизации (резиновые К.). К неорганич. К. относят алюмофосфатные, керамич., силикатные, металлич. (основа - жидкий металл, напр, галлий). К. могут быть жидкими (р-ры, эмульсии, суспензии), затвердевание которых происходит вследствие испарения растворителя, охлаждения, хим. превращений компонентов, или твёрдыми (плёнки, прутки, гранулы, порошки), используемые в виде расплава или наносимые на нагретые поверхности.

Основные свойства материалов. При проверке прочности и проектировочных расчетах механизмов и их деталей необходимо знать основные механические свойства материалов: прочность, упругость (характеризуемую модулем упругости первого рода Е и коэффициентом Пуассона v),твердость (способность данного тела препятствовать проникновению в него другого тела путем упругого или пластического деформирования, либо путем разрушения части поверхности тела), пластичность (характеризуемую способностью материала давать остаточную деформацию).

Из формулы (1) следует, что при уменьшении плотности на 1% свойства, в том числе и прочность, уменьшаются на пг%. Для пластичных материалов прочность равномерно уменьшается на ~3%, на 1% падения плотности. Для хрупких материалов прочность сперва очень быстро падает с плотностью, причем т может доходить до 10 — 15, а затем гораздо медленнее (т<3).

Еще 10—15 лет назад казалась фантазией возможность получить металлы и сплавы с прочностью, в сотни раз превосходящей прочность существующих металлических материалов. Действительно, оба основных способа получения высокопрочных металлических материалов — легирование и термическая обработка, а также их сочетание — позволили повысить прочность машиностроительных материалов всего в 8—-10 раз. Эти успехи . явились результатом 50 лет напряженного труда ученых и инженеров. Конечно, это был довольно существенный шаг вперед, однако непрерывно возрастающие запросы техники требуют металлов и сплавов более высокой 'прочности. И машиностроительные материалы с необходимыми свойствами могут быть получены. Мы уже располагаем металлами действительно ультравысокой прочности. Известно, что прочность технического железа на разрыв составляет всего 25—30 кГ/мм2. Сравнительно недавно удалось получить монокристаллы железа прочностью до 1400 кГ/мм2. Правда, такая высокая прочность пока еще получена на объектах весьма .малых .размеров, но эти результаты не случайны, а являются закономерным следствием развития наших знаний о природе твердого тела. Успехи, достигнутые физикой твердого тела за последние годы, позволили разработать принципиально новые 'пути повышения прочности кристаллических материалов. При этом отнюдь не исключаются ранее оправдавшие себя методы получения высокопрочных материалов: разработка .композиций новых сплавов, их легирование и термическая обработка. Но даже у существующих материалов прочность можно повысить во много раз, если более полно использовать силы межатомных связей в кристалле. Задача за-.ключается в реализации этих скрытых резервов. Пути такой реализации предсказаны теорией дислокаций.

напряжений. Прочность конструкций, изготовленных из однородных изотропных материалов, при простых схемах нагружения, таких как растяжение, сжатие и кручение, можно оценить, сравнивая вычисленные напряжения с пределами текучести или прочности материалов, которые определяются из опытов на растяжение, сжатие и кручение. Для более сложных напряженных состояний и неоднородных ортотропных материалов, с которыми наиболее часто приходится встречаться при проектировании и расчете конструкций из композиционных материалов, практически невозможно поставить эксперимент и моделировать это состояние. Для оценки прочности конструкции необходимо использовать критерии разрушения или поверхности разрушения, основанные на предсказании поведения материала при реализуемых условиях нагружения. Критерий разрушения, или поверхнрсть разрушения, представляет собой аналитическую интерпретацию в пространстве напряжений границы допустимых напряженных состояний, в пределах которой материал может работать при заданных условиях без разрушения.

При обсуждении критериев разрушения композиционных материалов необходимо иметь полное представление о природе рассматриваемых явлений и определить понятие «разрушение» в том смысле, в котором оно обычно используется при анализе этих материалов. Прочность слоистой структуры — это ее способность выдерживать заданный уровень термомеханического нагружения без разрушения. Поэтому разрушение будем рассматривать как предел несущей способности материала при всех возможных напряженных состояниях. 'Предельные состояния могут быть представлены аналитически для данного материала поверхностью разрушения. Как и для металлов, под пределом текучести слоистой структуры будем понимать уровень напряжений, соответствующий началу неупругого деформирования, микроструктурный механизм которого для металлов и композиционных материалов существенно различен. Растрескивание — это мгновенное образование свободных поверхностей в материале, которое может ускорить его разрушение. Различать эти понятия необходимо для понимания построения и последующего применения критериев прочности композиционных материалов.

Вообще говоря, поле напряжений у вершины трещины в анизотропной пластине включает составляющие /С/ и Ки- Однако в настоящее время испытания проводят, как правило, при ориента-циях, исключающих одну из этих составляющих; это прежде всего относится к ортотропным материалам, которые ориентируют таким образом, чтобы нагрузка была параллельна одной главной оси, а трещина — другой. В таких условиях значительная анизотропия, свойственная некоторым композитам, может привести к явлениям, не наблюдающимся у обычных металлов. Так, при растяжении образцов с направленным расположением упрочнителя часто наблюдают продольное расщепление (рис. 8). Его может и не быть, если поперечная и сдвиговая прочности достаточно высоки [5]; тем не менее, этот возможный тип разрушения материалов необходимо учитывать. Кроме того, приложение одноосных растягивающих напряжений ахх к образцу с поперечным расположением слоев приводит к появлению локальных межслоевых напряжений %zy и нормальных напряжений azz, перпендикулярных плоскости образца [35], что показано на рис. 9. Ориентация и значения величин crzz и rzy зависят от порядка укладки слоев, упругих постоянных каждого слоя и величины продольной деформации. Значительные межслоевые растягивающие azz и сдвиговые tzv напряжения могут привести к расслаиванию [11, 35], которое опять-таки является особенностью анизотропных слоистых материалов. Последний пример относится к поведению материала с поверхностными трещинами. В изотропных материалах трещина распространяется, как правило, в своей исходной плоскости (рис. 10, а). У слоистых материалов прочность связи между слоями обычно мала, и они обнаруживают тенденцию к расслаиванию по глубинным плоскостям (рис. 10,6). Три этих простых примера приведены здесь, чтобы проиллюстрировать некоторые из различий между гомогенными изотропными материала-

Предположим, что в общем случае для всех хрупких материалов прочность армирующей фазы композита определяется распределением дефектов по поверхности (или по объему), образующихся либо в процессе производства, либо при последующих операциях. Если бы упрочняющая фаза испытывалась в условиях растяжения отдельно, то она разрушилась бы хрупким образом от наиболее опасных из этих дефектов.

Графитовые нитевидные кристаллы — наиболее прочные из всех известных материалов. Прочность их при растяжении достигает ,2000 кг/мм2 при относительном удлинении 0,4 процента, а модуль упругости составляет 100000 кг/мм2. Известны два способа получения «усов» графита: в дуге с графитовыми электродами, торящей при высоком давлении, и при термическом разложении углеводородов. Получаемые в лабораторных условиях графитовые «усы» диаметром 0,5—5 микрон могут быть использованы в качестве нитей накаливания идеально-линейных источников света, для вакуумных нагревателей. На повестке дня стоит весьма сложная проблема использования