Нагружении растяжением

Чтобы учесть фактор неоднородности поглощения энергии при механическом нагружении, рассмотрим объемы, принимающие участие в поглощении энергии с момента нагружения металла до полного разрушения. При механическом нагружении к моменту разрушения в теле объемом V можно выделить следующие объемы, принимающие участие в процессе деформирования и разрушения металла и характеризующиеся различными величинами поглощенной энергии.

Описанные закономерности формирования усталостных бороздок позволяют дать объяснение многим закономерностям процесса роста трещин при регулярном и нерегулярном нагружении. Рассмотрим два примера [158, 159].

Рассмотрим основные методические вопросы натурных испытаний прочности при малом числе циклов нагружении на примере сильфонных компенсаторов и сосудов внутреннего давления.

Рассмотрим методы анализа полей циклических упругопластичес-ких деформаций и напряжений и расчета долговечности элементов конструкций при длительном изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении, когда основным фактором, влияющим на НДС и усталостное повреждение деталей является механическая нагрузка.

Рассмотрим построение расчетной схемы с использованием принципа Рэлея на примере машины, диаграмма масс которой имеет вид, показанный на рис. 2. 2, а. Характер деформации такой системы при статическом нагружении зависит от того, могут ли силы сопротивления на исполнительном органе вызвать его обратное вращение (как, например, в грузоподъемных машинах) или силы сопротивления носят реактивный характер (например, силы трения, сопротивление резания и т. п.) и проявляют себя только в том случае, когда внешнее усилие двигателя стремится сдвинуть исполнительный орган.

Пример 1. Устойчивость трехслойной прямоугольной пластины. Исследуем влияние схем укладки однонаправленных слоев углепластика в обшивках трехслойной пластины на критические нагрузки шарнирно опертой по контуру трехслойной прямоугольной пластины при одноосном равномерном нагружении- Рассмотрим варианты укладки несущих слоев: [ф, 90°, — ф] и [ф, 0°, — ф], углы укладки отсчитываются от оси х, вдоль которой действует нагрузка. Упругие характеристики однонаправленного слоя примем равными: Е1 = 15-Ю4 МПа, ?2 = = 0,8 -104 МПа, G12 == 0,5-10* МПа, v12 = 0,28 [направление оси / (см гл. 1) совпадает с направлением армирования ]. Толщина однонаправленного слоя 0,18- 10~3 м. Приведенные упругие характеристики заполнителя принимались равными: СЛГ = 26 МПа, Guz — = 17 МПа, Е1 = 100 МПа, ?* = ?„ = Gxv = 0. Толщина заполнителя 3,0 -10~2 м. Габариты пластины а = Ъ = 1 м.

Рассмотрим методы анализа полей циклических упругопластичес-ких деформаций и напряжений и расчета долговечности элементов конструкций при длительном изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении, когда основным фактором, влияющим на НДС и усталостное повреждение деталей является механическая нагрузка.

Пример 1. Устойчивость трехслойной прямоугольной пластины. Исследуем влияние схем укладки однонаправленных слоев углепластика в обшивках трехслойной пластины на критические нагрузки шарнирно опертой по контуру трехслойной прямоугольной пластины при одноосном равномерном нагружении- Рассмотрим варианты укладки несущих слоев: [ф, 90°, — ф] и [ф, 0°, — ф], углы укладки отсчитываются от оси х, вдоль которой действует нагрузка. Упругие характеристики однонаправленного слоя примем равными: Е1 = 15-Ю4 МПа, ?2 = = 0,8 -104 МПа, G12 == 0,5-10* МПа, v12 = 0,28 [направление оси / (см гл. 1) совпадает с направлением армирования ]. Толщина однонаправленного слоя 0,18- 10~3 м. Приведенные упругие характеристики заполнителя принимались равными: СЛГ = 26 МПа, Guz — = 17 МПа, Е1 = 100 МПа, ?* = ?„ = Gxv = 0. Толщина заполнителя 3,0 -10~2 м. Габариты пластины а = Ъ = 1 м.

При нагружении растяжением-сжатием пзгпб нередко вызывается вне-центренным приложением нагрузки. В конструкции 17 крепления противовеса коленчатого вала щека подвергается изгибу; крепежные заклепки также частично работают на изгиб. В вильчатом креплении 18 заклепки работают преимущественно на срез, причем число поверхностей среза увеличивается вдвое по сравнению с предыдущей конструкцией.

ний в местах концентрации напряжений. Упругопластические деформации в местах концентрации напряжений сочетаются только с упругими деформациями в окружающих объемах металла. Как правило, конструкции обладают достаточно большой жесткостью, в результате чего при разгрузке в местах концентрации напряжений возникают или напряжения сжатия, или упругопластическая деформация сжатия. Величина этой деформации зависит от уровня напряжений в зоне концентрации при нагружении растяжением.

В табл. 37 приведены также результаты определения предельной пластичности в надрезе образцов сплава ВТ6, которые после удаления поверхностного слоя на глубину 1 мм через каждые 0,8Л/р подвергали повторному циклическому деформированию при жестком симметричном нагружении растяжением-сжатием с амплитудой пластической деформации 0,5 % суммарной длительности [п- (1,0-М,6)Л/„]. Надрез выполняли после указанного циклического нагружения. Статический разрыв надрезанных образцов показал, что предельная пластичность не изменилась и после повторного циклического деформирования. Не изменилась

упомянутых эффектов. Типичное межслойное разрушение вблизи трещины можно наблюдать на рис. 2.10 и 2.16. Все это касается только усталости при нагружении растяжением. Однако более опасной, как отмечено в работе [53], может быть усталость при сжатии. Дело в том, что любое ухудшение ха-

Влияние последовательности укладки слоев На прочность Композитов при статическом нагружении растяжением (н/мм2)

Однако при любом виде повторных нагружении (растяжением, изгибом и др.) с увеличением циклической наработки пластичность материала снижается, возрастает уровень микронапряжений и искажений кристаллической решетки и соответствующий им запас скрытой энергии. Материал становится термодинамически менее устойчивым. Реальный запас его в условиях эксплуатации понижается.

При нагружении растяжением-сжатием изуиб нередко вызывается вне-центренным приложением нагрузки. В конструкции 17 крепления противовеса коленчатого вала щека подвергается изгибу; крепежные заклепки также частично работают на изгиб. В вильчатом, креплении 18 заклепки работают преимущественно на срез, причем число поверхностей среза увеличивается вдвое по сравнению с предыдущей конструкцией. • В сочленении звеньев транспортной цепи (конструкция 19) звенья вследствие асимметричного расположения проушин испытывают изгиб, а сама цепь под нагрузкой изгибается 'змейкой. Симметричное расположение проушин (конструкция 20) устраняет изгиб.

— упруго-пластическая деформация при первом нагружении растяжением (нулевой полуцикл) е'0);

Рис. 4.46. Ползучесть стали с 0,14 % С при 450 °С при комбинированном нагружении растяжением —кручением [81 ]:

На рис. 5.55 показано соотношение между скоростью распространения трещины и полудлиной трещины /. Напряжение Gg = = •]/a + Зт является эквивалентным напряжением Мизеса. Из приведенных результатов следует, что при постоянном максимальном главном напряжении alg скорость распространения трещины при комбинированном нагружении растяжением — кручением больше, чем при одноосном растяжении, а при чистом кручении (т. е. при уравновешенном двухосном растяжении — сжатии) больше, чем при указанном комбинированном нагружении. Следовательно, если действует напряжение сжатия o<,g, параллельное трещине, то даже при постоянном напряжении дальнего порядка, направленном перпендикулярно оси трещины, скорость dl/dt увеличивается, причем увеличивается тем больше, чем больше а2# по абсолютной величине. В связи с этим можно предположить, что при растяжении напряжение Gzg, наоборот, уменьшает эту скорость. Таким образом, на распространение трещины ползучести оказывает влияние несингулярное поле напряжений, • параллельное трещине; сопротивление ползучести образцов с трещиной нельзя считать обусловленным максимальным главным напряжением.

{0,23 % С) на поверхности происходит пластическое течение, в то время 'как сердцевина образца находится в упругом состоянии. При разгрузке образца на поверхности образуются остаточные напряжения сжатия. Изучение дислокационной структуры алюминиевого сплава 2024 показало 293(, что в первом полуцикле нагружения в приповерхностном слое глубиной до 100 мкм образуется структура с повышенной «лотностью дислокаций. При дальнейшем циклическом нагружении растяжением — сжатием происходит выравнивание плотности дислокаций в приповерхностных слоях и внутренних объемах. Исследование 1294J монокристаллов алюминия и поликристаллов алюминиевого сплава рентгеноструктурным методом с применением двухкристально-го дифрактометра и топографии по Бергу — Баррету для визуализации дефектов кристаллической решетки показало, что после усталостных испытаний при растяжении—сжатии поверхностный слой имеет более высокую плотность дислокаций, чем в основном металле.