Напряжений нормальных

Гипотеза наибольших касательных, напряжений. Независимо от вида напряженного состояния опасное состояние наступает тогда, когда величина максимальных касательных напряжений хотя бы в одной точке тела достигает некоторого предельного значения, свойственного данному материалу.

В заключение отметим что, все описанные выше критерии определяют замкнутые поверхности в пространстве напряжений. Независимо от исходных предположений относительно природы микромеханических явлений, вызывающих разрушение, практическая ценность любого критерия определяется тем, насколько хорошо он аппроксимирует экспериментальные результаты. Для инженерных приложений существенное значение также имеет простота использования критерия.

Во вспомогательных деталях, которые вносят малый вклад в общую прочность конструкции, редко возникает опасная концентрация напряжений, независимо от используемого материала. Концентрация напряжений может возникать в любой конструкции независимо от материала. В общем случае, если низкомодульный материал работает параллельно с высокомодульной накладкой, то характер распределения напряжений в них вряд ли будет одинаков. Для сложных конструкций, например кузова автомобиля, такая упрощенная ситуация возникает редко. Если сопрягающиеся детали из пластика и металла жестко связаны между собой, то различие в температурных коэффициентах линейного расширения будет вызывать избыточные напряжения или искажения, поэтому толщина стыкового соединения должна быть выбрана так, чтобы исключить влияние температуры на прочность и жесткость конструкции.

В заключение отметим, что прочность связи может существенно влиять на прочность композитов с частицами. В композитных системах с ост ;> ар, к которым относятся все системы полимер — неорганические частицы, последние испытывают сжатие при охлаждении ниже температуры их изготовления, что помогает нести приложенную силу при низком уровне напряжений независимо от степени связи по поверхностям раздела. При более высоких уровнях напряжений у каждой частицы со слабыми связями по поверхностям раздела образуются псевдопоры, которые существенно уменьшают модуль упругости композита. Таким образом, оптимальная прочность композита может быть получена при достаточно прочной связи между поверхностями раздела двух фаз. Подход механики разрушения также подтверждает, что в тех случаях, когда не представляется возможным получить прочные связи по поверхностям раздела и ат > <хр, более высокая температура изготовления будет увеличивать уровень напряжений, при котором образуются псевдопоры, повышая таким образом прочность этих композитов. Как будет показано ниже, остаточные напряжения, возникающие вследствие различных термических расширений, могут быть также и вредными, особенно для композитов с ^дисперсными частицами большого размера.

Поэтому можно говорить о симметричности термодинамического (изобарного) потенциала твердого кристаллического тела в том смысле, что локальное значение химического потенциала в точке определяется абсолютной величиной гидростатической части тензора напряжений независимо от направления механической силы — растягивающей или сжимающей твердое тело (относительно равновесного положения с нулевыми силами). Подобный анализ можно провести для любого главного значения тензора напряжений (рассматривая изменения соответствующих компонент тензора деформаций), чтобы сделать заключение о симметрии термодинамического потенциала Гиббса по знаку компонент тензора напряжений (относительно недеформированного состояния).

Результаты измерений приведены на рис. 84 и 85. Во всех случаях при каждом режиме обработки увеличение значений остаточных растягивающих или сжимающих напряжений независимо от их знака сопровождалось сдвигом электродных потенциалов в сторону отрицательных значений (типичные кривые рис. 84).

Поэтому можно говорить о симметричности термодинамического (изобарного) потенциала твердого кристаллического тела в том смысле, что локальное значение химического потенциала в точке определяется абсолютной величиной гидростатической части тензора напряжений независимо от направления механической силы — растягивающей или сжимающей твердое тело (относительно равновесного положения с нулевыми силами). Подобный анализ можно провести для любого главного значения тензора напряжений (рассматривая изменения соответствующих компонент тензора деформаций) с тем, чтобы сделать заключение о симметрии термодинамического потенциала Гиббса по знаку компонент тензора напряжений (относительно недеформированного состояния).

Причина существования предельного значения допустимой величины начального напряжения ан для заданного уровня Т0 заключается в ускоряющем действии механических напряжений на скорость растворения металла (механохимический эффект), которое усиливается с ростом абсолютной величины шаровой части тензора напряжений независимо от выбранной величины коэффициента использования несущей способности FH. Уменьшение шаровой части тензора напряжений может быть достигнуто как уменьшением напряженности металла сооружения, так и конструктивными мероприятиями, изменяющими соотношение между шаровой и девиаторной составляющими напряжений (например для трубопроводов — утолщением стенки трубы). ,^

Результаты измерений приведены на рис. 85 и 86. Во всех случаях при каждом режиме обработки увеличение значений остаточных растягивающих или сжимающих напряжений независимо от их знака сопровождалось сдвигом электродных потенциалов в сторону отрицательных значений (типичные кривые рис. 85).

разцов, охлажденных после отпуска на воздухе, пределы выносливости по разрушению уменьшаются с ростом концентрации напряжений независимо от температуры отпуска. Кроме того, для всех этих образцов усталостных трещин при напряжениях ниже предела выносливости по разрушению обнаружено не было. Этот результат позволяет заключить, что разрушения образцов, охлажденных после отпуска на воздухе, определяются сопротивлением материала возникновению трещины.

точке складываются алгебраически (алгебраическая суперпозиция) независимо от источника возникновения напряжений. Следовательно, при фактических напряжениях ниже предела текучести деформации, вызванные действием внешней нагрузки, не зависят от наличия остаточных напряжений. Если результирующее напряженное состояние в точке соответствует пластическому состоянию материала, то остаточные напряжения нельзя просуммировать алгебраически с напряжениями от внешней нагрузки. В условиях пластического течения остаточные напряжения изменяются количественно, происходит их перераспределение: либо снижается величина остаточных напряжений, но сохраняется их первоначальный знак, либо меняется их знак на противоположный, или они обращаются в нуль. Теоретически достаточна незначительная пластическая деформация (до 0,2%), чтобы снять остаточные напряжения.

струе или газовом потоке; конструкционными особенностями напыляемого изделия и т. д. При охлаждении в покрытии возможно образование напряжений нормальных и касательных к границе «покрытие — основной металл». Результатом воздействия этих напряжений являются деформации, которые могут привести либо к хрупкому (для высокопрочных покрытий), либо к вязкому (для пластичных покрытий) разрушению. Это характерно для случая, когда коэффициент термического расширения материала покрытия больше соответствующего коэффициента основного металла и возникают растягивающие напряжения. Если коэффициент термического расширения напыляемого порошка меньше, чем у основного металла, то в покрытии образуются остаточные напряжения сжатия, которые оказывают благоприятное воздействие на эксплуатационные свойства [2801.

Определение предельных напряжений для слоистых композитов исходит, как правило, из информации о прочностных свойствах однонаправленного слоя. Есть все основания утверждать, что при современном состоянии технологии необходимым условием анализа процесса разрушения слоистого композита является предварительная оценка прочностных свойств однонаправленного композита. В то же время существуют очень убедительные данные, что это, условие не является достаточным. Напряженное состояние, однонаправленного слоя определяется действием трех главных напряжений (нормальных в направлении волокон и под углом' 9вр к ним, касательных в плоскости слоя), 'а также возникающими в композите напряжениями межслойного сдвига и нормальными напряжениями перпендикулярно плоскости слоев. Рассмотрим коротко соотношения между- прочностными свойствами слоя и свойствами составляющих его компонент.

СДВИГ — вид деформации, характеризующийся параллельным смещением одной части твердого тела относительно другой. Является осн. физич. механизмом пластич. деформации. С. определяется гл. обр. напряжениями касательными. Следами С. на отд. зернах (кристаллитов) являются Людерса —• Чернова линии. Наибольшая величина С. наз. максимальным сдвигом. Макс. С. направлен по поверхностям наибольших касательных напряжений, к-рые расположены под углом 45° к поверхностям наибольших напряжений нормальных. Поэтому плоскости макс. С. при растяжении наклонны к оси образца под углом, близким к 45°, при кручении ци-линдрич. стержней они перпендикулярны оси и параллельны образующей и т. д. При значит, пластич. деформациях направления С. могут отличаться от указанных ввиду поворота поверхностей С.

Коэффициент 2 в этой формуле учитывает момент касательных напряжений, нормальных к средней линии сечения. Как доказывается в теории упругости, при кручении этот момент в точности равен моменту напряжений, параллельных средней линии. После подстановки значения Я получаем

В окружном сечении патрубковой зоны максимальные значения напряжений нормальных и меридиональных имеют место на наружной поверхности, оставаясь примерно одинаковыми по величине с соответствующими компонентами напряжений в меридиональном сечении (см. рис. 4.4).

------напряжений нормальных

А. В. Верховский с помощью своих гипотез нашел аналитическое выражение для деформаций и, на основе закона Гука для линейного напряженного состояния, напряжений, нормальных к соответствующим сечениям. При изгибе стержня переменного сечения им, с помощью недостаточно обоснованных приемов, были найдены касательные напряжения для случая, когда изгибающая сила не проходит через точку пересечения симметрично расположенных относительно оси стержня касательных к его противоположным профилям.

В дальнейшем мы не будем применять метод А. В. Верховского для определения касательных напряжений. Для чисто упругой деформации мы непосредственно используем результат, полученный А. В. Верховским для напряжений, нормальных к соответствующим сечениям. Для упруго-пластической деформации и для деформации ползучести используем деформационные гипотезы А. В. Верховского, подобно тому, как гипотеза плоских сечений при изгибе стержней постоянного сечения используется для упруго-пластической стадии деформации [13] и стадии ползучести [14]. Однако в этих случаях напряжения, нормальные к соответствующим сечениям, должны быть определены на основании соответствующих нелинейных зависимостей между напряжениями и деформациями (или скоростями деформации). При этом плоская деформация приближенно заменяется линейным напряженным состоянием.

Естественно, что такие ошибки неприемлемы. Поэтому такой подход считается правомерным, когда глубина трещины, расположенной в зоне концентратора, не превышает 0,1 радиуса концентратора напряжений, а градиент напряжений, нормальных к поверхности трещины, не превышает 5 МПа/мм. Для типичных концентраторов в роторах и корпусах турбин, а также для большого числа зон в других деталях радиусы концентраторов менее 20 мм. Следовательно, изложенный подход правомерен при наличии трещины глубиной менее 2 мм. Использование закономерностей линейной механики разрушения для трещин малой глубины, расположенных в зоне концентраторов (в зоне с высоким уровнем

Исследования накопления повреждений и разрушений при термической усталости в основном проводили с чистыми металлами [6]. Испытаниями на цинке было установлено, что в интервале температур от комнатной до —183° С сначала образуются транскристаллитные трещины в полосах скольжения, обычно у крутых изгибов границы и в месте стыка трех зерен. Затем трещины появляются у границ субзерен и двойников. С точки зрения дислокационного-сдвигового механизма разрушение в этом случае можно объяснить скоплением дислокаций у препятствий (в частности, у границ) вследствие искривления плоскостей скольжения и возникновения напряжений, нормальных к плоскости скольжения. При больших напряжениях может произойти разрыв по базисным плоскостям. Появление трещин термоусталости у субграниц зерен рассматривалось как результат пересечения линий скольжения малоугловой границы из-за смещения части дислокационной стенки вдоль линии скольжения. Итак, в этом случае предполагается действие дислокационного механизма при термической усталости, обусловливающего сходство с разрушением при усталости.

Учитывая характер поля напряжений в вершине расслоения — наличие сжимающих напряжений, нормальных к плоскости трещины, практически для всего диапазона Ь/а, можно предположить, что распространение расслоения происходит только за счет сдвигового механизма разрушения [31]. В этом случае скорость роста усталостной трещины определяется только уровнем Кц и может быть представлена в виде известного уравнения Пэриса: