Напряжений обусловленная

Медноцинковые сплавы, в зависимости от химического состава и, прежде всего, от содержания цинка, склонны к коррозионному растрескиванию, как в процессе производства, так и в эксплуатационных условиях, под воздействием некоторых агрессивных сред или при хранении и изменении температуры, влажности и других факторов. Коррозионное растрескивание всегда связано с наличием в этих сплавах растягивающих напряжений, обусловленных внутренними напряжениями или приложенными извне нагрузками.

а в любой точке К поперечного сечения (рис. 2.95, а) согласно принципу независимости действия сил определяется как алгебраическая сумма напряжений, обусловленных изгибающими моментами Му и

При вырезке образцов необходимо следить за тем, чтобы режущий инструмент двигался от покрытия к основному металлу. В противном случае увеличивается вероятность отслоения покрытия из-за возникновения растягивающих напряжений при выходе инструмента к поверхности. Для резки твердых и хрупких покрытий используются алмазные круги, для менее прочных покрытий — карборундовые. Требуется, чтобы при вырезке образцы не нагревались до высоких температур, так как возникновение дополнительных напряжений, обусловленных градиентом температур, приводит к растрескиванию покрытия или к его отслоению. Кроме того, возможно изменение структуры основного металла из-за нагрева или наклепа. При вырезке образцов применение охлаждающей жидкости обязательно. ' /

Распределения напряжений, обусловленных внешней нагрузкой, вдоль средних линий межволоконных промежутков показаны на рис. 29 и 30, а в поперечных сечениях межволоконных промежутков — на рис. 31 и 32. Результаты представлены в безразмерной форме отнесением напряжений к среднему напряжению в сечении композита ао. Последнее было получено интегри-

Описанный выше трехмерный метод является, по-видимому, единственным экспериментальным методом, дающим возможность полного микромеханического исследования напряжений в реалистической модели композита. Как любой метод, он связан с определенными трудностями и обладает известными недостатками. Для того чтобы отделить усадочные напряжения от напряжений, обусловленных внешней нагрузкой, нужно изготовить две одинаковые модели и, по существу, провести два полных ис-

При этом напряжения, возникающие на поверхности раздела под действием прилагаемой нагрузки, возрастают с увеличением объемной доли волокна. Результаты взаимного наложения остаточных термических напряжений и напряжений, обусловленных воздействием внешней нагрузки '[11], приведены в табл. 1.

В развитой Девиджем и Грином концепции рассмотренаЧолько возможность образования трещины до приложения внешней нагрузки, но их концепцию следует применять и в том случае, когда приложенная нагрузка либо увеличивает уже имеющиеся остаточные поля энергии деформации, либо приводит к развитию новых концентраций напряжений, отсутствующих до приложения нагрузки. В первом случае с ростом приложенного напряжения увеличивается энергия деформации в теле и энергия деформации, связанная с частицей и окружающей ее матрицей. Это существенно уменьшает критический размер частицы, при котором впервые появится трещина. Во втором случае новые концентрации напряжений могут возникать вследствие различного поведения частиц и матрицы при приложении напряжения и влияния взаимного стеснения. Эти концентрации напряжений являются следствием различных упругих свойств [20] и характерны для всех композитных систем. Подобно остаточным термическим напряжениям, они не зависят от размера частицы и сильно локализованы. В отличие от распределения остаточных термических напряжений распределение напряжений, обусловленных различными упругими свойствами, зависит от направления приложенного усилия (см. рис. 14, раздел V,B).

Решение осуществлялось для случая отсутствия внутреннего давления, так как испытание проводилось при уровне давления, не оказывающем существенного влияния на распределение деформаций компенсатора. Также предполагалось отсутствие температурных напряжений, обусловленных градиентами температуры по длине и толщине оболочки. Указанные ограничения не являются обязательными при использовании разработанной для ЭВМ программы и вытекают из характерных условий работы компенсатора. При этих условиях для определения осесимметричного напряженно-деформированного состояния оболочки переменной толщины в k-м полуцикле могут быть использованы следующие уравнения:

Нагрев и охлаждение под напряжением приводят к вырождению эффектов релаксации напряжений, обусловленных фазовыми превращениями. Для сплава Г20 после двух циклов обработки под напряжением в интервале температур 20^*400° С эффект релаксации напряжений полностью исчезает. Рентгенографическое исследование фазового состава показало, что подобная обработка приводит к стабилизации аустенитного состояния.

(отмеченные стрелками) в верхних прогретых слоях образцов. Возникновение этих трещин связано, по-видимому, с действием значительных температурных напряжений, обусловленных высокими градиентами температур по толщине образцов, а также с начинающимися процессами термического разложения полимерного связующего. Как видно из рис. 169, большая глубина растрескивания образца соответствует меньшей скорости нагрева, т. е. большей продолжительности теплового воздействия.

ческий метод не учитывает тех изменений, которым подвергается материал в процессе трения. Эти изменения учтены в работе [80], в которой установлено, что существует связь между эффективной пластической деформацией поверхностных слоев и изменением-положения границ и толщины зерен под действием тангенциальных напряжений, обусловленных трением:

Методы конечных элементов являются более общими, и поэтому рассчитанное с их помощью распределение напряжений на поверхности раздела по длине изолированного короткого волокна (случай, рассмотренный Келли и Тайсоном, а также Коксом) находится в хорошем согласии с экспериментальными данными. Рис. 13 показывает, что у конца волокна существует дополнительная концентрация напряжений, обусловленная формой конца волокна; метод запаздывания сдвига этой концентрации напряжений не учитывает.

В табл. 10 приведены типичные значения деформации до разрушения и модуля упругости для массивных материалов [70]. В целях сравнения укажем, что волокна бора и карбида кремния разрушаются при деформациях 0,7—0,8%. Теперь предположим, что в зоне продуктов реакции содержатся такие же дефекты роста, что и в массивном материале, и поэтому прочности их будут одинаковыми. Концентрация напряжений, обусловленная микротрещинами в слое толщиной х, будет

Трудно предложить одно общее правило использования характеристик разрушения, полученных в настоящей работе, поскольку в каждом случае нужно учитывать ряд взаимосвязанных факторов. Например, остаточные напряжения после сварки, концентрация напряжений, обусловленная конструкцией детали, специфическое напряженное состояние при сложной схеме нагружения — все это в процессе эксплуатации влияет на трещину. Поэтому каждый случай требует тщательного анализа. С тем, чтобы подчеркнуть значение данных, приведенных в табл. 2, целесообразно свести вязкость разрушения к какому-нибудь более простому для понимания параметру, например к максимальному напряжению, которое можно приложить к образцу с тре-

Концентрация напряжений, обусловленная геометрическими концентратами простейшей формы, подробно рассмотрена в монографии Г. Нейбера и других работах. В большинстве реальных конструкций (соединения и передачи машин) концентрация напряжений от геометрических факторов тесно связана с распределением контактных напряжений (условиями внешних воздействий) . Последние, кроме того, способствуют изнашиванию деталей и развитию контактной коррозии (фреттинг-коррозия).

ситной фазы, а в случаях приведенных на рис. 2.66, б и в, — в состоянии исходной фазы. Различие испытаний, соответствующих рис. 2.66, б и в, заключается в том, что, как можно предположить и из соотношения Клаузиуса — Клапейрона, в случае рис. 2.66, б мартенситная фаза возникает при низких напряжениях, а в случае рис. 2.66, в — только при высоких напряжениях. Вид разрушения, показанный на рис. 2.65, соответствует случаю, показанному на рис. 2.66, в. Трещина образуется в упругой области, и разрушение происходит по границам зерен. Однако при испытаниях, показанных на рис. 2.66 айв, разрушение происходит после того, как осуществляется достаточная пластическая деформация, при испытаниях, соответствующих рис. 2.66, а, удлинение достигает более 5 %. Условия распространения трещины в образцах с мартенситной фазой показаны на рис. 2.67. Из рисунка ясно, что трещина не обязательно распространяется по границам зерен: наблюдается распространение трещины и по телу зерна. Тенденция перехода трещины с границ зерен в тело зерна наблюдается и в образцах, находящихся перед деформацией в состоянии исходной фазы. Короткая трещина распространяется полностью вдоль границы зерен, однако когда трещина выросла до такой степени, что должна следовать вдоль другой границы зерен, то концентрация напряжений, обусловленная геометрическим фактором у вершины трещины, становится достаточно большой. Траектория распространения трещины зависит в этом случае не только от концентрации напряжений, связанной с упругой анизотропией. В результате этого происходит отклонение трещины, имеющей длину порядка микрона, от границы зерен. Следовательно, образование и траектория распространения трещины обусловлены концентрацией напряжений. Можно сделать вы-

В несимметричных бикристаллах 2 и 3 разность упругих деформаций на границе зерен мала по сравнению с бикристаллами 7, поэтому трещины при закалке не возникают. Однако при деформации несимметричных бикристаллов 2 даже при разных температурах макроскопическое разрушение во всех случаях происходит в упругой области (рис. 2.71). На рис. 2.72 показаны образцы после разрушения; на микрофотографиях наблюдается типичное интеркристаллитное разрушение. Если при этом считать, что его причиной является концентрация напряжений, обусловленная разностью деформаций превращения на границе зерен, то, полагая, что напряжение, вызывающее превращение, зависит от Т деформации, необходимо учитывать и зависимость разрушающего превращения от Т. Однако экспериментально установлено, что разрушающее напряжение не зависит от Г и является почти постоянным. Поэтому можно счи-

В несимметричных бикристаллах 4 концентрация напряжений обусловлена не упругой анизотропией, а разностью деформаций превращения. Даже при изменении температуры и состава эти бикристаллы не разрушаются в упругой области, интеркристаллитное разрушение происходит в них всегда после превращения, как схематично показано на кривой напряжение — деформация (см. табл. 2.5). Разрушающее напряжение характеризуется такой же зависимостью от Г и состава, как и напряжение, вызывающее превращение. Как показано на рис. 2.73, трещина возникает в том месте, где некоторый специфичный мартенситный кристалл достигает границы зерен. При нагружении распространение трещины соответствует схеме распространения вдоль поверхности границы зерен. Стрелкой на рисунке обозначена вершина трещины, распространяющейся вдоль границы зерен. Эта фотография является прямым доказательством того, что концентрация напряжений, обусловленная разностью деформаций превращения на поверхности границы, является причиной интеркристаллитного разрушения в исследованных образцах.

Невозможно сделать вывод, происходит ли разрушение чисто упруго или локально происходит пластическая деформация и разрушение обусловлено концентрацией напряжений из-за скопления дислокаций. Тем не менее ясно, что концентрация напряжений, обусловленная упругой анизотропией, во всех случаях является причиной разрушения.

Полученные результаты с очевидностью доказывают, что систематическая погрешность УЗ-методов контроля напряжений, обусловленная изменением температуры вследствие деформации образца,

Концентрация напряжений, обусловленная наличием надреза, приводит к концентрации деформации ползучести у основания надреза, в результате чего возникает возможность образования трещины. В прош* лом для исследования ползучести при наличии надреза осуществляли испытания на длительную прочность при растяжении. Теоретический анализ результатов испытаний связывали с длительной прочностью или долговечностью до разрушения. В связи с этим целесообразно прежде всего рассмотреть [43] условия концентрации напряжений и деформации ползучести у основания надреза.

Из последних, в частности, видна зависимость экстремальных значений напряжений от а. Усматривается также несимметричность эпюр напряжений, обусловленная отличием а от нуля.