Напряжений используются

При выполнении кольцевых швов тонкостенных сосудов из материалов, мало чувствительных к концентрации напряжений, используют остающиеся подкладные кольца, которые облегчают центровку кромок и их одностороннюю сварку. Для ряда высокопрочных материалов такой прием оказывается неприемлемым. В этом

Для исследования деформаций в деталях, работающих при высоких температурах (лопатки турбин), а также для изучения термических напряжений используют хрупкие керамические покрытия, наносимые на поверхность детали горячим распылением.

Для оценки временных сварочных напряжений используют методы оптического моделирования. Образцы изготавливают из оптически активного материала (поликарбонат или эпоксидная смола) и нагревают. В процессе нагрева регистрируют (визуально или фотокиносъемкой) характерные картины светлых и темных полос, возникающих на поверхности пластины при облучении монохроматическим источником света. По этим картинам

При выполнении кольцевых швов из материалов малочувствительных к концентрации напряжений используют остающиеся подкладные кольца, которые облегчают центровку кромок и их одностороннюю сварку. Для высокопрочных материалов кольцевые стыки собирают и сваривают на съемных подкладках разжимных колец. Однако необходимо учитывать, что из-за подогрева кромок впереди сварочной дуги они расширяются и отходят от подкладного кольца в радиальном направлении, что может привести к смещению кромок или образованию домика. В тонкостенных сосудах смещение кромок в стыковом шве - опасный концентратор. Для их предотвращения можно применять наружные стяжные ленты или {более эффективно) прижатие кромок к подкладкам роликом, перекатывающимся по поверхности стыка непосредственно черед сварочной дугой. Приспособление для прижатия кромок обечаек закрепляют на консоли сварочной головки. При-жимные ролики должны опираться на обе свариваемые кромки, выравнивая их и прижимая к подкладному кольцу с помощью пружины (рис. 1.6).

Часто для определения величины неупругих деформаций и напряжений используют приближенные способы, основанные на выявленных закономерностях перераспределения упругих напряжений и деформаций в пластических областях. Среди множества подходов наиболее известным является метод Нейбера /33/, позволяющий связать интенсивность напряжений и деформаций (crimax и efmax) в самой опасной точке конструкции при ее упругопластическом деформировании с соответствующими значениями интенсивности напряжений и деформаций в упругом теле (о^1,^ и е^х). В частности из выражения

Смешанные способы возбуждения возмущений. В тех случаях, когда требуется получить и сохранить возмущения малой амплитуды, используются электрические и электронные способы возбуждения. В этих способах для приведения в действие преобразователя, превращающего электрическую энергию возбуждающего тока в механическую энергию волны напряжений в теле, используется переменный ток, частота волн при этом лежит между 20 кГц и 50 мГц. С помощью соответствующих контуров можно получать или непрерывный ряд волн, или импульсы, состоящие из коротких серий волн высокой частоты, повторяющихся регулярно с низкой частотой. Для этого используются преобразователи, принцип действия которых основан на магнитострикционном или пьезоэлектрическом эффектах. Материалами для пьезоэлектрических преобразователей кроме кристаллов кварца служат искусственные ферроэлектрические кристаллы (в частности, титанат бария в виде поликристаллической керамики), имеющие по сравнению с естественными кристаллами большую чувствительность и меньшее сопротивление. Однако температура Кюри искусственных кристаллов сравнительно низка (при нагревании выше этой температуры пьезоэлектрические свойства пропадают). Материалами для магнитострикционных преобразователей служат ферромагнитные элементы и сплавы. Максимальные деформации в обоих случаях определяются механическими свойствами материала тела. Для возбуждения слабых импульсов напряжений используют искровой способ, предложенный Кауфманом и Ревером [52]. Преимущество этого способа состоит в том, что искра действует как точечный источник, тогда как пьезоэлектрический преобразователь, благодаря

зывается более резким. В этом случае для оценки концентрации напряжений используют отношения Ка/Ка и Кт/Ка (табл. 0.5).

Часто для определения величины неупругих деформаций и напряжений используют приближенные способы, основанные на выявленных закономерностях перераспределения упругих напряжений и деформаций в пластических областях. Среди множества подходов наиболее известным является метод Нейбера /33/ , позволяющий связать интенсивность напряжений и деформаций (o~f max и в imax) в самой опасной точке конструкции при ее упругопластическом деформировании с соответствующими значениями интенсивности напряжений и деформаций в упругом теле (ст^1^ и е^ах)- В частности из выражения

Возможности формирования и измерения волн напряжений в композиционных материалах, в принципе, определяются уровнем техники экспериментальных исследований соответствующих явлений в твердых телах. Для образования волн напряжений используют пневматические пушки, заряды взрывчатого вещества, ударные плиты, ударные трубы и пьезоэлектрические ультразвуковые генераторы, а для их измерения — тензодатчики, пьезоэлектрические кристаллы, емкостные датчики, оптические интерферометры, методы голографии и фотоупругости. Экспериментальные исследования, не столь обширные как теоретические, тем не менее обеспечивают устойчивый поток информации, необходимой для проверки математических моделей. Результаты экспериментальных исследований скорости распространения волн, рассеяния

Для инженерных расчетов долговечности конструкций применяют численные методы определения полей напряжений и деформаций, реализуемые с помощью ЭВМ на базе соответствующих расчетных процедур; для установления максимальных напряжений и деформаций в зонах концентрации напряжений используют интерполяционные, зависимости, а также прочностные характеристики, полученные в результате базовых экспериментов. Необходимо учитывать зависимость характеристик сопротивления деформированию и разрушению от формы циклов нагруз л и температуры.

Закономерности длительного статического деформирования описываются на основе известных теорий ползучести (старения, течения, упрочнения и различных видов теорий наследственности). Как и при кратковременном нагружении для описания кинетики неупругих деформаций (с учетом упругопластических деформаций, ползучести), в зонах концентрации напряжений используют различные способы аппроксимации изохронных кривых деформирования (по параметру времени т). В частности, для инженерных расчетов предлагаются изохронные кривые деформирования в форме функций типа (1) с показателем степени тт, зависящим от т.

Для уменьшения концентрации напряжений используются различные конструктивные методы: внешние обводы деталей делают по возможности более плавными, радиусы закругления в местах резкого изменения размеров по возможности увеличивают (рис. 2.138, а) и, наконец, если это возможно, вводят разгрузочные канавки (рис. 2.138, б).

Эксцентрично расположенные отверстия являются концентраторами вследствие местного повышения напряжений в прилегающих к этим отверстиям зонах полотна диска. Приближенное теоретическое решение задачи о распределении напряжений во вращающемся 'диске с эксцентричными круглыми отверстиями методом наложения дано в работах [64, 95]. Наличие концентраторов напряжений не дает возможности точного теоретического решения задачи о распределении напряжений вблизи зоны концентрации. Оценка прочности таких конструкций проводится экспериментальными методами. Для опытного изучения напряжений используются поляризационно-оптические методы исследования прозрачных моделей (метод фотоупругости), основанные на свойстве некоторых прозрачных изотропных материалов становиться оптически анизотропными и приобретать способность к двойному лучепреломлению при возникновении напряженного состояния. С помощью двойной поляризации пучка света, проходящего через нагруженную прозрачную модель, получаются видимые линии, в точках которых разность главных напряжений имеет одинаковую величину — изохромы. С помощью этого метода можно также получить и направления главных напряжений [58].

пользуются их вероятностные распределения. С другой стороны, применяемый в настоящее время метод расчета может быть представлен в виде определенной модели, где в качестве действительных и допустимых напряжений используются характерные точки. Обе модели продемонстрированы на рис. 5.

При контроле напряжений используются различные типы УЗ волн. Поэтому требуются различные по конструкции электроакустические преобразователи, которые можно было бы подключать к одной и той же электронной системе. Преобразователи можно разделить на два принципиально отличающихся типа - контактные и бесконтактные [35, 36].

Критерии в форме коэффициентов интенсивности напряжений используются для оценки механических свойств металлов и сварных соединений не только при однократном нагружении. Их применяют также при переменных нагрузках, при действии коррозионных сред, в условиях температур, отличающихся от нормальной. Прежде всего следует отметить пороговое значение размаха коэффициента интенсивности напряжений A^R или Д^корк, при котором начинается рост трещин при циклических нагрузках в зависимости от характеристики цикла R.

Для других случаев концентрации напряжений используются в основном приближенные способы, основанные на применении соответствующих кинематических гипотез или численных методов (метод упругих решений, конечно-элементный метод, метод интегральных уравнений и др.) Однако указанные способы применяют в основном в исследовательских, а не инженерных целях, поскольку решение многих задач для различных режимов эксплуатации в случае статического, и особенно циклического нагружения конструкций требует значительного машинного времени и большого объема исходной информации. Получаемые при этом результаты применимы для конкретных конструкций, материала и уровня нагрузок. Практика инженерных расчетов базируется в основном на применении задач теорий упругости пластин, оболочек и стержней или на использовании результатов прямого экспериментального изучения местных напряжений и деформаций. Последнее, как известно, применяется для весьма ответственных машин и конструкций в силу сложности и трудоемкости экспериментов по анализу процессов эксплуатационного нагружения.

Как, однако, говорилось в начале главы, особенности и условия нагружения во многих случаях таковы, что концентрация напряжений не поддается математическому исследованию. В подобных случаях для определения коэффициентов концентрации напряжений используются экспериментальные методы и расчеты по методу конечных элементов. Ранее уже упоминалось, что метод конечных элементов является самым распространенным методом вычисления коэффициентов концентрации напряжений. Среди других иногда используемых методов можно назвать применение механических, оптических или электрических экстензометров с малой базой, метод хрупких лаковых покрытий, метод дифракции рентгеновских лучей и метод фотоупругости.

Вместе с тем анализ эксплуатационных повреждений и обоснование прочности высоконагруженных деталей машин и элементов конструкций при штатных и аварийных ситуациях в хрупких состояниях остается трудно решаемой в теоретическом и экспериментальном плане задачей. Это в значительной степени связано со сложностью анализа напряженного состояния и критериев разрушения в элементах конструкций при возникновении упрутопластических деформаций. Трудности, возникающие при исследовании напряжений и деформаций в наиболее нагруженных зонах (места концентрации напряжений и совместного действия напряжений от тепловых и механических нагрузок) в неупругой области, объясняются отсутствием аналитического решения соответствующих краевых задач в теории пластичности и тем более в теории циклической пластичности, за исключением осесимметричного нагружения пластин или дисков (с отверстием). Для других случаев концентрации напряжений используются в основном приближенные способы, основанные на применении соответствующих кинематических гипотез или на методе упругих решений. Развитие средств вычислительной техники и методов конечных разностей и конечных элементов способствует значительному расширению возможностей при исследовании упру-гопластических напряженных состояний в зонах концентрации. Эти средства используются не только в исследовательских, но и в инженерных целях. Однако решение большого числа уравнений для деталей сложных конструктивных форм в случае статического и особенно циклического нагружения требует значительного машинного времени и соответствующей подготовки исходной информации. Кроме того, получаемые при этом результаты имеют значение, как правило, для рассмотренных конструкций, материала и уровня нагрузок.

При анализе статического деформирования и разрушения в зонах и вне зон концентрации напряжений используются приведенные выше уравнения.

Учет асимметрии. Для металлов, чувствительных к асимметрии циклов нагружения, согласно блок-схеме (см. рис. 2.8) предусмотрены два варианта: приведение параметров кривой усталости или определение эквивалентной амплитуды нагрузочного режима. Из большого количества способов, предложенных для корректировки предела выносливости с учетом асимметрии, в табл. 2.10 приведены два способа, наиболеечасто используемых в расчетах. В первом случае для построения расчетных зависимостей на диаграмме предельных напряжений используются пределы выносливости при симметричном s_x и пульсирующем sfl циклах; во втором — з_г и предел текучести ST.

Во вторую группу входят две статические величины и две деформационные. Примером использования последних могут служить условия жесткого края (ге)= = 0, (гк) = 0. Если граничные условия задачи допускают формулировку в терминах деформационных величин, то для определения напряжений используются постоянные лишь первой и второй групп. Константы третьей группы определяют в том случае, когда кроме напряжений интересуются и смещениями. При этом следует помнить, что «i = u\, i>i = v*.