Напряжений коэффициент

Механическая энергия в машине может возникнуть и как следствие тех затрат энергии, которые имели место при изготовлении частей машины и сохранились в них в потенциальной форме. Например, деформация частей при перераспределении внутренних напряжений, изменение объема детали после ее термической обработки происходят без всяких внешних воздействий,

Так, выявлены закономерности, оценивающие типичные процессы коррозии -как функции времени [63], делаются попытки оценить скорость развития усталостных трещин [164], получены данные для оценки протекания процессов ползучести [111], имеются закономерности, описывающие изменения свойств масел в процессе их' эксплуатации [211], изменения коэффициента трения при работе сопряжения, коробление отливок от остаточных напряжений, изменение во времени свойств полимерных материалов [200] и др.

Теоретический анализ влияния релаксации напряжений на образование термоусталостных трещин в условиях малоцикловой усталости металла проведен П. И. Ансоном. Как указано (рис. 5.28), при отсутствии релаксации напряжений изменение термонапряженного состояния металла из-за повторяющихся циклов теплосмен описывается контуром b — с — d— е — b в 'пределах полной амплитуды напряжений Да, причем при каждом 'цикле •охлаждения — нагревания возникают знакопеременные пластиче-•ские деформации ±еп". При наличии релаксации в периодах между циклами очистки напряжение сжатия не будет оставаться постоянным, а снижается в соответствии с закономерностями релаксации при отсутствии деформации на Дар, что на рис. 5.28 обозначено точкой /. В таком случае, очевидно, термоциклическое по-тружение будет описано контуром е — / — g — с — d — е, ,а пластические деформации расширения и сжатия соответственно будут •€п'" и — еп". Таким образом, при существовании релаксации напряжений пластическая деформация будет больше, чем в цикле 'без релаксации. Что касается снижения начального сжимающего напряжения, а следовательно, и увеличения амплитуды растяги-•вающих напряжений, то их можно оценить при помощи релакса-щионных характеристик металла.

изменения углов наибольшей повреждаемости 32,2 -224°. Широкий разброс углов ориентировки векторов главных напряжений указывает на формирование зоны повреждения материала при возможном зарождении трещины с ориентировкой остаточных напряжений максимальной величины не в одном направлении, как в случае одноосного растяжения, а в пределах указанного диапазона углов ориентировки векторов главных напряжений. Изменение главных напряжений по времени, как было указано выше, во многих случаях происходит синфазно, поскольку многие режимы полета связаны с появлением внешней нагрузки, которая одновременно приводит к изменению изгибного напряжения и крутящего момента на крыле и в киле ВС. Однако на некоторых режимах полета отмечается наличие несинфазного нагруже-ния [10-13]. Возникающее по времени несовпадение максимумов и минимумов векторов главных напряжений может приводить к появлению несинфазности вплоть до смещения между ними

средственно от точки А до точки С (см. рис. 8.20), а также в направлении максимального удаления границы зоны от точки А. Изменение соотношения между измеренными параметрами в зависимости от двухосного напряженного состояния представлено на рис. 8.21. Видно, что размер зоны в направлении максимального удаления от вершины трещины сильно уменьшается с возрастанием соотношения главных напряжений. Это соответствует закономерности уменьшения размеров зоны пластической деформации с увеличением соотношения главных напряжений [64]. В области растяжения-сжатия имеет место немонотонный характер изменения рассматриваемых параметров зоны пластической деформации. Размер зоны АС имеет минимум в интервале соотношения главных напряже-

Переход к положительному соотношению главных напряжений приводит к снижению размеров зоны пластической деформации в момент перегрузки. Поэтому роль остаточных сжимающих напряжений в задержке трещины резко снижается. Снижается и шероховатость поверхности излома, влияющая на задержку трещины в результате уменьшения размеров зоны статического проскальзывания трещины. По мере возрастания соотношения главных напряжений происходит снижение размеров зоны пластической деформации в момент перегрузки и одновременно уровня эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений, который руководит ростом трещины после перегрузки. Начиная с некоторого соотношения главных напряжений происходит возрастание длительности задержки трещины при возрастании соотношения главных напряжений. Изменение знака соотношения главных напряжений приводит к снижению тормозящей роли компоненты напря-

Глубокий надрез — надрез, при наличии которого напряжения неравномерно распределяются на значительной части сечения нетто. При расчете номинальных напряжений изменение сечения учитывается. Острота надреза характеризуется отношением радиуса к ширине образца p/d.

Концентраторы напряжений (в макромасштабе) могут быть определены как резкие изменения в геометрии или свойствах материала, вызывающие изменения величины действующих нагрузок и (или) интенсивности напряжений. Изменение толщины или отверстия в слоистом композите является примером влияния геометрии на концентрацию напряжений. Концентрация напряжений из-за изменений в свойствах материала возникает, например, тогда, когда в слоистый композит в процессе его изготовления вводят металлические вкладыши или прокладки. В этом разделе рассматриваются только концентраторы напряжений, порожденные нарушениями непрерывности материала. Резкие изменения в свойствах материала почти всегда связаны с клеевыми или механическими соединениями, анализ которых содержится в следующем разделе главы. Концентраторы напряжений могут быть двух типов: заранее известными (или заданными) и случайными. Концентраторы первого типа образуются при формовании изделий или в результате их механической обработки. Случайные концентраторы могут быть следствием частичного разрушения под действием внешних сил (например, пулевое отверстие). Некоторые вопросы общего характера, касающиеся этих проблем, будут рассмотрены раздельно, однако основное внимание уделено исследованию концентраторов в виде заранее заданных круговых отверстий.

на рис. 5. Деформации в модели из материала Hysol 8705 (рис. 4), вызванные введением включений, измерялись с помощью компаратора; полученные в результате вычислений компоненты тензора деформаций использовались наряду с данными фотоупругости для разделения напряжений. Изменение выраженных в безразмерной форме напряжений вдоль той же оси симметрии хорошо согласуется с результатами, полученными на литой модели (рис. 5).

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что при циклическом деформировании образцов малоуглеродистой стали при амплитуде напряжений, лежащей между нижним и верхним пределами текучести, наблюдается понижение верхнего предела текучести. Причем степень его понижения зависит от величины первоначальной амплитуды напряжений. Изменение нижнего предела текучести во всех случаях несущественно, тогда как изменение длины площадки текучести значительно. Эти изменения связаны, по-видимому, с протеканием процессов микропластической деформации на поверхности образца при напряжениях ниже макроскопического верхнего предела текучести. Это объяснение, однако, не учитывает процессы старения, которые могут протекать в процессе циклического деформирования. Поэтому дальнейшие исследования процессов микропластической деформации и их влияния на верхний предел текучести и площадку текучести с учетом скорости деформирования и процессов старения могут привести к более полному пониманию природы предела усталости в малоуглеродистых сталях.

Изменение асимметрии цикла нагружения, обусловливающее остановку роста усталостной трещины, может усиливаться также в результате изменения номинальных напряжений, вызванного ростом трещины в некоторых сечениях. Так, в деталях или образцах круглого сечения, испытывающих циклическое нагружение по схеме изгиба в одной плоскости, возникают и развиваются трещины, фронт которых более или менее близок к хорде. В начальный период развития трещины увеличение максимальных напряжений цикла происходит медленнее, чем уменьшение минимальных напряжений. Это приводит к увеличению среднего напряжения цикла, но амплитуда цикла вплоть до глубины трещины, составляющей 0,6 радиуса, остается меньше амплитуды исходного цикла напряжений. Отмеченное уменьшение амплитуды номинальных напряжений цикла и есть дополнительный фактор, который может усилить эффект изменения асимметрии цикла в вершине концентратора, приводящий к остановке развития трещины.

где К„ и К, --эффективные коэффициенты концентрации напряжений; /(,/ —-коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения (табл. 10.3); Кг—коэффициент влияния шероховатости (табл. 10:4); Кг — коэффициент влияния ' поверхностного упрочнения (табл. 10.5).

I) достонсрност;. определения расчетных магруо1; и напряжений - коэффициент Si --H...I.5;

коэффициент концентрации напряжений в опасном сечении; S — запас прочности по усталости.

Это выражение представляет собой упрощенный в сторону увеличения запаса прочности расчет на сопротивление усталости, в котором не учитывается изменение касательных напряжений по более благоприятному циклу, чем напряжения изгиба, и различие коэффициентов концентрации напряжений изгиба и кручения и т. д.

Современные расчеты на сопротивление усталости отражают характер изменения напряжений, характеристики сопротивления усталости материалов, концентрацию напряжений, влияние абсолютных размеров, шероховатости поверхности и поверхностного упрочнения. Расчет обычно производят в форме проверки коэффициента запаса прочности по усталости. Для расчеда необходимо знать постоянные ат и тт и переменные а„ и та составляющие напряжений. Коэффициент запаса прочности определяют по уравнению

внешних факторов; Кл - величина,обратная эффективному коэффициенту концентрации напряжений ^коэффициент проектирования); п- коэффициент запаса прочности; L - длина вала.

При симметричном цикле изменения напряжений коэффициент запаса выносливости определяется по формуле

При. симметричном цикле изменения напряжений коэффициент запаса прочности определяют по следующим формулам: для растяжения (сжатия)

где опт — номинальные значения максимальных нормальных и касательных напряжений; ka, kr — эффективные коэффициенты концентрации напряжений; га, «т — коэффициенты, учитывающие влияние абсолютных размеров детали; f» — коэффициент качества поверхности. При работе деталей в условиях асимметричного цикла коэффициенты запаса прочности па и «t определяют по формулам Серенсена — Кинасошвили (Р- С. Кинасошвили, С. В. Серенсен — видные советские ученые):

Такой расчет производят по размерам предварительно выявленной конструкции и выбранному материалу с учетом термообработки и поверхностного упрочнения. Для опасных сечений определяют коэффициенты безопасности и сравнивают их с допускаемыми. При совместном действии нормальных и касательных напряжений коэффициент безопасности определяют по (18.14). При этом принято считать, . что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу (а„ = = атах; аш = 0), а касательные напряжения для нереверсируемых валов изменяются по отнулевому циклу (т„ - г„ = 0,5ттах).

Влияние свойств материала при переменных напряжениях на эффект концентрации напряжений учитывается коэффициентом чувствительности материала