Нагружения представляет

Если нагрузить брус, например, так, как показано на рис. 2.142, то он будет испытывать изгиб в двух плоскостях — поперечный косой изгиб и растяжение. В его поперечных сечениях возникнут пять внутренних силовых факторов: продольная сила Nz, поперечные силы Qx и Qy и изгибающие моменты Мх и My. Поскольку поперечные силы при расчете на прочность, как правило, не учитываются, то указанный случай нагружения практически почти не отличается от показанного на рис. 2.143, где брус нагружен одной внецентренно приложенной осевой силой. Здесь возникают три внутренних силовых фактора: продольная сила N z и изгибающие моменты Мх и Ми, т. е. брус испытывает чистый косой изгиб и растяжение.

Свойства изотропного материала, исследуемые при одноосном нагружении, по определению не зависят от ориентации оси нагружения. Практически некоторая зависимость механических свойств от направления нагружения все же наблюдается из-за ориентационных эффектов, возникающих, например, при пластической обработке металлов (прокате, волочении и т. д.). У волокнистых композиционных материалов, вследствие присущей им на макроскопическом уровне анизотропии, наблюдается существенная разница в свойствах при различных ориентациях оси нагружения 6 по отношению к направлению армирования L. При одноосном нагружении под углом 0° << 0 <; 90° в главных осях симметрии материала LT возникает двухосное напряженное состояние в сочетании со сдвигом: таким образом, напряженное состояние в этих осях может создаваться одноосным нагружением под углом к осям анизотропии (этот метод испытаний описан в разделах II.Б и III.А). Однако этот способ создания двухосного пагружепия имеет ограниченные возможности по двум причинам: 1) нормальные напряжения имеют всегда один и тот же знак, т. е. оба являются либо растягивающими либо сжимающими; 2) всегда действуют сопутствующие сдвиговые напряжения. Другими словами, отношения OT/OL и GLT/OL нельзя изменять независимо (OL, OT— нормальные напряжения вдоль и поперек волокон; OLT — сдвиговые напряжения в плоскости LT).

Таким образом, при увеличении числа циклов напряженное состояние и несущая способность композита с надрезом изменяются вследствие изменения характеристик жесткости и прочности. Поскольку обнаружить малые изменения свойств после каждого цикла нагружения практически невозможно, процесс нагружения и, следовательно, изменение свойств, рассматривают как «ступенчатый» с определенным числом циклов на каждой ступени. Конкретно в работе [52] был предложен следующий подход:

Отмеченные особенности изменения параметров обобщенной диаграммы циклического деформирования А, а и Р с повышением температуры могут быть объяснены проявлением временных процессов. Так, параметр А, характеризующий пластическое деформирование в первом полуцикле нагружения, практически не зависит от температуры, так как временные процессы при исследованных температурах протекают, видимо, не настолько интенсивно, чтобы успеть проявиться за время одного полуцикла. Параметры же а и Р, отражающие изменение пластических деформаций по мере накопления числа полуциклов нагружения, т. е. с увеличени-

Схема приложения нагрузок. При анализе накапливания усталостных повреждений, а следовательно, и закономерностей образования нераспространяющихся усталостных трещин кроме параметров режима нагружения необходимо учитывать также схему приложения нагрузки. На практике обычно реализуются смешанные нагружения, специфические условия работы деталей (срез, смятие и др.). Однако возникновение в этих условиях нераспространяющихся усталостных трещин практически не исследовано. Подавляющее число исследований этих трещин выполнено при осуществлении основных простых схем нагружения, таких, как одноосное растяжение-сжатие, изгиб и кручение.

Осевое нагружение или изгиб характеризуются тем, что в обоих случаях поверхностные слои детали испытывают качественно одинаковые циклы напряжений (растяжение-сжатие) . Отличие состоит только в том, что при изгибе присутствует в зависимости от размера детали более или менее заметный градиент напряжений по ее сечению. Однако коэффициенты, связанные с появлением нераспространяющихся усталостных трещин и микротрещин при обоих режимах нагружения, практически можно считать одинаковыми. Для усталостных трещин, торможение которых является результатом специфики распределения напряжений у острых концентраторов напряжений, эффект градиента, связанного со схемой приложения нагрузки (из-

Формула (1) справедлива в широком интервале темп-р, причем коэффициенты А и а закономерно изменяются с темп-рой, а прямые долговечности в полулогариф-мич. координатах образуют семейство, выходящее веерообразно из одного полюса (рис. 1), соответствующего о-=0кр. Чем ниже темп-pa, тем резче наклон прямой и тем слабее выражена П.в.з. При низких темп-pax (для тугоплавких металлов это обычные темп-ры, для пластмасс —• 200° и ниже) время нагружения практически не влияет на величину разрывного напряжения и при всех а<акр разрыва не произойдет, как бы долго материал не подвергался действию напряжения. Это оправдывает введение понятия предела прочности сткр для нек-рых материалов. При более высоких темп-pax предел прочности есть макс, технич. прочность, реализу-

Во-вторых, если в области справедливости зависимости (16.16) в воздухе асимметрия нагружения практически не сказывается, то в агрессивной сре-

Так, например, при растяжении плоского образца со сквозным центрально расположенным надрезом (рис.7.3.2,а) перемещения кромок V фиксируют с помощью датчика (рис.7.3.2,в) в виде упругого элемента 1 с наклеенными тензорезисторами 2, ножки 3 которого прижимаются к кромкам надреза 4 на некотором расстоянии от его вершины за пределами зоны пластических деформаций, где в процессе нагружения практически сохраняется параллельность кромок исходного сквозного надреза.

Характер изменения ширины петли гистерезиса (величины циклической пластической деформации б) представлен на рис. 3.11, а, из которого видно, что, оставаясь в первые циклы нагружения практически постоянной, в последующем величина возрастает. Увеличивается также и площадь петли гистерезиса, что соответствует увеличению затрачиваемой механической энергии А$ в отдельных циклах нагружения (рис. 3.11, б). С ростом затрачиваемой в цикле механической энергии AN увеличивается и доля тепловой энергии в каждом цикле Qx, а также величина поглощенной энергии EN, являющаяся разностью двух первых. Как видно из рисунков, характер изменения QN и EN подобен изменению AN, и с увеличением в циклах величины А^ соответственно возрастают также (?iv и .Ejv. Кривые изменения полной механической энергии А, затраченной на процесс циклического деформирования, а также полной тепловой энергии А%, выделившейся при этом, и полной энергии Qz, поглощенной материалом, представлены на

На рис. 3.14, а приведен образец на определенных этапах его статического деформирования, что позволяет проследить процесс локализации деформации в его центре, где произошло разрушение. Численные значения деформаций на различных участках базы приведены на рис. 3.14, б, из которого видно, что на первых этапах нагружения (практически до достижения о"ь) на большей части имеет место равномерная деформация, которая затем локализуется в зоне образования шейки. Причем деформации в шейке •более чем в 7 раз отличаются от их среднего значения (удлинения), как это видно на рис. 3.15, а, а в связи с этим отличаются и удельные величины механической работы, рассматриваемые для полного объема деформируемого материала V и локального объема Уш в зоне шейки. Для последнего величина удельной механической работы определится как

Формула (1) справедлива в широком интервале темп-р, причем коэффициенты А и а закономерно изменяются с темп-рой, а прямые долговечности в полулогариф-мич. координатах образуют семейство, выходящее веерообразно из одного полюса (рис. 1), соответствующего а=ок . Чем ниже темп-ра, тем резче наклон прямой и тем слабее выражена П.в.з. При низких темп-pax (для тугоплавких металлов это обычные темп-ры, для пластмасс —¦ 200° и ниже) время нагружения практически не влияет на величину разрывного напряжения и при всех 0<акр разрыва не произойдет, как бы долго материал не подвергался действию напряжения. Это оправдывает введение понятия предела прочности акр для нек-рых материалов. При более высоких темп-pax предел прочности есть макс, технич. прочность, реализу-

Решение нелинейных уравнений равновесия стержня для более сложных случаев нагружения представляет значительные трудности и в аналитической форме записи, как правило, его получить нельзя. В таких случаях используют методы численного решения.

Рассеяние усталостной долговечности элементов авиационных конструкций в случае естественного процесса накопления повреждений при циклическом приложении нагрузки имеет закон распределения возникающих трещин от числа циклов нагружения, близкий к нормальному закону. Под единичным циклом нагружения понимается совокупность действующих нагрузок за полет или цикл запуска и остановки двигателя. Поэтому цикл нагружения представляет собой блок переменных нагрузок разной амплитуды и среднего уровня.

Специфический случай неизотермического нагружения представляет собой режим III, при котором можно ожидать накопления односторонних деформаций за счет различия диаграмм неизотермического нагружения в четных и нечетных полуциклах (см. рис. 2.5.4, б). Оказывается, что и это свойство поверхности неизотермического нагружения реализуется в эксперименте. На рис. 2.5.6, а приведена запись диаграмм циклического неизотермического нагружения по режиму III, иллюстрирующая ожидаемое накопление односторонних деформаций. С числом циклов темп процесса убывает в связи с интенсивным циклическим упрочнением материала (рис. 2.5.6, б).

условиях (cr, t и знак нагружения), представляет собой относительную долю статического повреждения за цикл

Специфический случай неизотермического нагружения представляет собой режим III, при котором можно ожидать накопления односторонних деформаций за счет различия диаграмм неизотермического нагружения в четных и нечетных полуциклах (см. рис. 13). Оказывается, что и это свойство поверхности неизотермического нагружения реализуется в эксперименте. На рис. 16 приведена .запись диаграмм циклического неизотермического нагружения по режиму III, иллюстрирующая ожидаемое накопление односторонних деформаций. С числом циклов темп процесса убывает в связи с интенсивным циклическим упрочнением материала (рис. 17).

Машины для определения параметров контактно-фрикционной усталости материалов.. Типичное испытательное устройство такого типа показано на рис. 11. На предметном столике / закрепляют плоский образец2. С образцом 2 контактирует индентор 3 — шарик или конус, закрепленный в держателе 4. Держатель 4 соединен с устройствами нагружения и измерения сил трения. Устройство нагружения представляет собой рычаг 5 с грузами 8 и противовесом 9. Грузы 8, рамка с рычагом 5, упругая балка 6 соединены в центре с держателем .4 индентора и составляют устройство измерения сил трения. На плечи

Как отмечалось в § 1 и 2, условие нагружения конструкций натриевых реакторов на быстрых нейтронах характеризуется температурами до 550—610° С для хромоникелевых аустенитных сталей типа 18-8 и 500° для хромомолибденовых. Корпус реактора и внутриреакторные конструкции подвергаются охрупчиванию при облучении нейтронами (удлинение стали типа 18-8 становится меньше 10%). Эксплуатация связана с чередованием стационарных и нестационарных режимов (пуск, останов, аварийное расхолаживание, изменение мощности и др.), и по предельным оценкам число переходных режимов с изменением температур до 400—500° С не превышает 1500. Суммарное время переменных тепловых режимов составляет не более 10% от общего временного ресурса (2-г-ч-3)-105 ч., т. е. основное время эксплуатации относится к стационарному режиму. Накопление циклических и длительных статических повреждений сопровождается при эксплуатации изменением состояния металла по химсоставу и механическим свойствам. Получение экспериментальных кривых усталости при реальных деформациях (размах до 0,5%) и длительности нагружения представляет невыполнимую задачу, поэтому в любом варианте расчета прочности неизбежна необходимость обоснования экстраполяции данных на большие сроки службы. Существующие предложения по расчету длительной циклической прочности отличаются как по определению напряжений и деформаций, так и по расчету предельных повреждений.

местного управления, цифровой вольтметр ЦВ, исполнительные электроприводы системы нагружения, блок управления электроприводами БУ и управляющую ЭВМ с печатающим устройством ПУ. Автоматическое нагружение по заданной траектории осуществляется ЭВМ посредством БУ, который устанавливает один из трех режимов работы электродвигателей: "стоп", "левое вращение", "правое вращение". Траектория нагружения представляет собой в общем случае пространственную кривую в трехмерном пространстве истинных напряжений аг — ае — 1ф (где сгг и ае - соответственно осевое и тангенциальное нормальные напряжения; т^ - касательное напряжение в

(2) Функция нагружения представляет собой скалярную меру тензоров напряжений и пластических деформаций, причем интерпретировать ее можно по-разному. Если, например, записать

Линия 8 = гп для процессов начального нагружения представляет другую границу: кривые длительного деформирования (ползучесть, релаксация и др.) не могут ее пересечь, поскольку достижение точкой состояния этой линии означает, что скорость ползучести стала практически равной нулю. Напряжения во всех под-элементах при этом не превышают их пределов ползучести. Как и граница С = С0, данное ограничение условно, оно отвечает принятому допуску на скорость ползучести, при которой накопленная деформация полагается несущественной.

Экспериментальное выявление функции (4.9) и уровня /С* для общего случая нагружения представляет сложную исследовательскую задачу. Поэтому параметры трещиностойкости выявляют вначале для простейших случаев — для трещин типа I, II и III; опасное сочетание параметров Кг, Кп и Kin определяют с использованием гипотез трещиностойкости, подобных тем, которые применяются в теориях прочности.