Нагружения разрушение

товой пружины обычно имеют круглое, квадратное или прямоугольное сечение. По характеру нагружения различают пружины растяжения (рис. 4.95, а), сжатия (рис. 4.95, б, в) и кручения (рис. 4.95, г).

По методу нагружения различают испытания при постоянной деформации, при постоянной нагрузке, при ступенчато или медленно изменяющейся нагрузке.

В зависимости от вида воспроизводимого ударного нагружения различают стенды для воспроизведения одиночного и многократно повторяющегося ударного воздействия, а также сло-

Резьбовые соединения. В зависимости от условий нагружения различают соединения без предварительной затяжки и с предварительной затяжкой.

характера нагружения пружины. ; По характеру нагружения различают три основные расчетные случая.

По виду нагружения различают: а) пружины растяжения, воспринимающие продольно-осевую нагрузку, растягивающую

По виду нагружения различают: а) многожильные пружины растяжения; б) многожильные пружины сжатия (существующие конструкции могут воспринимать предельную нагрузку в 150-200 кг)', в) многожильные пружины кручения.

А. По виду нагружения различают:

и переменным шагом, конические, ступенчатые, фасонные (выпуклые и вогнутые). По виду нагружения различают пружины сжатия, растяжения и кручения. В приборостроении применяются также пружины с начальным натяжением, у которых между витками имеется контактное давление при отсутствии нагрузки. Технологический процесс изготовления винтовых пружин приведен в табл. 5.

В зависимости от условий нагружения различают соединения без предварительной затяжки и с предварительной затяжкой. Большинство резьбовых соединений собирают с предварительной затяжкой. В таком случае процесс сборки состоит из операций установки резьбовых деталей и их наживления, завинчивания, предварительной затяжки, окончательной затяжки, контроля затяжки и стопорения резьбовых деталей. В зависимости от типа производства сборку выполняют вручную с помощью механизированного инструмента и на специальных сборочных машинах.

Вид излома зависит от свойств материала детали, размеров, температуры, вида нагружения, скорости нагружения. Различают следующие разрушения: хрупкое, квазихрупкое, вязкое.

Таким образом, в зависимости от металла, условий и характера нагружения разрушение происходит по механизму вязкого или хрупкого разрушений. Вязкое разрушение реализуется в результате макроскопической или локальной потери устойчивости пластических деформаций. Деформации, предшествующие вязкому разрушению, достаточно велики и составляют более 10-15%. При нормальных условиях эксплуатации трубопроводов и сосудов вязкое разрушение возможно лишь при наличии макроскопических дефектов. Излом при вязком разрушении волокнистый, иногда имеет шиферность, древовидность,

Таким образом, в зависимости от металла, условий и характера нагружения разрушение происходит по механизму вязкого или хрупкого разрушений. Вязкое разрушение реализуется в результате макроскопической или локальной потери

Напряжение о> называется пределом усталости или выносливости (при знакопеременном цикле ог = а_а, при пульсирующем °r = ао)- Если напряжение меньше аг, то при любом числе циклов нагружения разрушение не происходит.

мулировал этот подход следующим образом: разрушение материала при приложении внешней (циклической) нагрузки наступает после того, как в любом локальном объеме достигается предельный уровень внутренней энергии, равный теплосодержанию металла в жидком состоянии. Указанная характеристика является физической константой материала. Она показывает независимость достижения предельного состояния материала от условий внешнего воздействия в том смысле, что при любых условиях нагружения разрушение начнется только тогда, когда в любом локальном объеме материала будет достигнут уровень энергии, эквивалентный этой константе.

Каскад мезотуннелей на ртадии формирования усталостных бороздок образуется под действием нормального раскрытия берегов трещины с небольшими смещениями берегов относительно друг друга в направлении роста трещины. Одновременно с этим происходит разрушение перемычек между мезотуннелями в условиях продольного сдвига (раскрытие берегов трещины по типу III). В зависимости от стеснения пластической деформации и условий нагружения разрушение перемычки может происходить в результате сдвига и при ротации локальных объемов материала (см. параграф 3.2). Независимо от способа рассеивания энергии в результате деформации и разрушения перемычек между мезотуннелями они представляют собой области, которые препятствуют локальному раскрытию и смещению берегов трещины относительно друг друга. В результате этого происходит упругое раскрытие вершины трещины в локальной зоне фронта применительно к каждому мезотуннелю. Факт реализации пластической деформации отражается в создании так называемой зоны вытягивания, которая характеризует переход к большему уровню напряжения (см. рис. 2.16). В этот момент все перемычки между мезотуннелями разрушены, и материал имеет возможность однородно деформироваться вдоль всего ее фронта.

шение частоты нагружения при неизменном напряжении приводит к увеличению размеров плоских микроплощадок, так называемых плато, на которых расположены усталостные микрополоски (рис. 73), т. е. с увеличением частоты нагружения разрушение приобретает более дробный, более локальный характер. Кроме того, некоторые опыты свидетельствуют о том, что при увеличении частоты нагружения уменьшается ширина усталостных микрополосок. Так, в сплаве Д16Т (лист толщиной 8 мм) при увеличении частоты нагружения от 10 до 2000 циклов/мин при максимальной нагрузке цикла 0,1 ГН/м2 в зоне излома, прилегающей к очагу, ширина полосок менялась от 0,24 до 0,13 мкм. Однако при изменении частоты от 10 до 750 цикл/мин изменения ширины полосок не наблюдалось (сплавы Д16Т, В95Т1, листы толщиной 1,5 мм).

В работе [108] сообщается о результатах испытаний цилиндрических сосудов из низколегированных сталей марок А-201, А-302 и Т-1. Диаметр сосудов 900мм, толщина стенки 50 мм. В процессе повторных нагружении внутренним давлением на внутренней поверхности цилиндрической оболочки и около патрубков измерялись деформации. Было обнаружено перераспределение амплитуды деформаций в зонах концентрации напряжений, которое происходило в течение только первых десяти циклов нагружения, что-связано с изменением циклических упругопластических свойств материалов. В дальнейшем деформирование в зоне концентрации соответствовало жесткому типу нагружения. Разрушение происходило, как правило, в местах наибольшей концентрации напряжений в диапазоне от 3000 до 90 000 циклов нагружения с образованием трещин, через которые возникла течь, давление в сосуде при этом падало.

Из сопоставления эпюр меридиональных деформаций по высоте компенсатора следует, что несколько более нагруженными частями гофрированной оболочки являются крайние полугофры. Неравномерность распределения деформаций по высоте и периметру натурной конструкции составляла 15—20%, что вызвано характерными отклонениями от проектных размеров и формы сильфонно-го компенсатора, а также разбросом показаний тензодатчиков при измерении циклических упругопластических деформаций. Экспериментальное исследование циклической прочности проводилось при заданных перемещениях на волну компенсатора от _j_ 10 до + 4 мм, что соответствовало разрушению в пределах от 300 до 3500 циклов нагружения. Разрушение компенсаторов фиксировалось по моменту разгерметизации. Трещина развивалась в зоне действия максимальных напряжений в кольцевом направлении. Разрушение происходило, как правило, в месте перехода одного из крайних гофров компенсатора к цилиндрической части (рис. 4.1.1). На рис. 4.1.3 показан характер разрушения сечения стенки компенсатора в условиях малоциклового изгибного нагружения в зоне трещины. Трещины распространялись с наружной и внутренней поверхностей компенсатора с характерным доломом в середине сечения стенки.

Как отмечалось выше, при деформировании металлов в условиях малоциклового нагружения разрушение происходит на фоне развитых пластических деформаций. При этом характеристики деформирования и разрушения оказываются существенно зависящими от типа и состояния материала, а также формы цикла нагружения и нагрева. В общем случае циклическое нагружение при указанных условиях протекает с выраженным перераспределением напряжений и деформаций от цикла к циклу.

При периодическом нагружении в вакууме разрушение возможно только в результате Превышения некоторого критического уровня напряжений. Ниже этого уровня, даже при очень ; .большом количестве циклов нагружения, разрушение не проис-( ходит. В агрессивных же средах при достаточно большом коли-: честве циклов нагружения разрушение наблюдается практичес-I ки при любых (даже очень малых) напряжениях. ! Наличие агрессивной среды существенно ускоряет развитие трещин в нагружаемом металле (время до его разрушения сок-\4тщается во много раз).

Повышение температуры влияет на все механические свойства: понижает модуль упругости (вследствие уменьшения межатомных сил сцеплений), предел текучести и временное сопротивление. При этом следует иметь в виду, что в условиях малой скорости нагружения разрушение происходит при более низких напряжениях, чем при обычных статических испытаниях.