Напряжений остаточные

Макро- и микроскопические исследования поверхности изломов (фрактография) позволяют, с одной стороны, вскрыть механизм разрушений, с другой, - обосновывать рекомендации по их предупреждению (по выбору материалов, способов и режимов сварки, термической обработки, контролю качества). При анализе изломов сварки, термической обработки, контролю качества. При анализе изломов важно установить параметры очага разрушения (зоны инициирования разрушения), который обычно располагается в наиболее напряженных и охрупченных областях (дефекты различного происхождения, конструктивные концентраторы напряжений) основного металла (ОМ), сварного шва (Ш) и зоны термического влияния (ЗТВ). Очаги разрушения обнаруживаются в местах наибольшего раскрытия кромок в полюсе выпученного разрыва с использованием закономерностей механики разрушения. Поверхность излома имеет определенную ориентацию относительно направления силовых воздействий

характера нагрузки (постоянная, переменная), материала конструкции, способа сварки (ручная, автоматическая), качества и марки электродов и назначаются в зависимости от допускаемых напряжений основного материала [ар]. Например, при ручной сварке электродами Э42 [а^] да0,9 [ор], при автоматической сварке подслоемфлюса [ар]'да[ор], а [тср]' ж 0,65 [ор] и т. д. Сварные швы лучше всего работают на сжатие и хуже всего на срез, поэтому [осж]' 5* [орГ ^ [тср]'.

Объемные силы характеризуются четырехмерным вектором F с компонентами F06, которым соответствует потенциал ф и вектор-потенциал р, определяемые по формулам (1.3.57). Функции кинетических напряжений основного тензора представим в виде

При записи уравнений (1.3.65) и граничных условий (1.3.67) в развернутом виде необходимо заменить в выражениях (1.3.58) функции Пар соответственно на Fa$ или Фар, опуская члены, в которые входит производная функций Фу (^Р). Структура уравнений (1.3. 65) одинакова, поэтому достаточно знать решение одной из указанных систем, решение второй получается заменой индекса у — 1 на индексу == 2. В результате решения уравнений определяем функции Fap и Фар, следовательно, и функции кинетических напряжений основного тензора Ш/"', подставляя которые в общее решение (1.3.56), получим компоненты основного тензора (Т0) фиктивного тела.

Полные функции кинетических напряжений основного тензора таковы:

Функции кинетических напряжений основного тензора имеют вид

Функции кинетических напряжений основного тензора

Функция кинетических напряжений основного тензора /<°> (г, хй) определяется из граничных условий в напряжениях:

Функция кинетических напряжений основного тензора

Полные функции кинетических напряжений основного тензора имеют

Полные функции кинетических напряжений основного тензора имеют вид

4.5.5. Причинами образования трещин могут быть концентрация напряжений, остаточные напряжения от сварки, усталость, пониженная гре-щиностойкость и рабочая среда.

Создание сжимающих остаточных напряжений. Остаточные напряжения в поверхностном слое материала, полученные путем пластической деформации, оказывают положительную роль в повышении стойкости против МКК- В этом случае даже под действием больших действующих растягивающих напряжений при работе изделия не будет ускорения МКК- Кроме того, дробление зерен при деформации и нарушение непрерывности их границ создает в случае развития МКК препятствие для проникновения разрушения в глубь материала. Поверхностное пластическое деформирование производится после отпуска.

Поскольку составляющие композиций обладают различной упругостью и пластичностью, то при их совместной работе на поверхностях раздела возникает реологическое взаимодействие, в результате которого создаются радиальные и тангенциальные напряжения. Даже при простом осевом растяжении в волокнистых композиционных материалах создается объемное напряженное состояние. Последнее еще больше усложняется при учете остаточных напряжений. Остаточные напряжения в композициях имеют двоякую природу: термическую и механическую. Первые возникают из-за разницы коэффициентов линейного расширения компонентов в процессе охлаждения материала от температуры его получения или эксплуатации. Второй источник остаточных напряжений — неодинаковая пластичность компонентов. Напряжения этого рода возникают при таких уровнях деформации, когда один или оба из компонентов начинают деформироваться в различной степени. Фазовые превращения, сопровождающиеся объемными изменениями, также могут быть причиной появления остаточных напряжений.

Появление остаточных напряжений связано с условиями изготовления деталей, с их предысторией. Поэтому технологические процессы изготовления деталей должны проектироваться с таким расчетом, чтобы возникающие в поверхностных слоях остаточные напряжения гарантировали надежность работы деталей в заданных условиях эксплуатации.

Классификация остаточных напряжений. Остаточные напряжения можно классифицировать по признакам протяженности силового поля и по физической сущности. Общепринятой является классификация по первому признаку:

Когда образцы ДКБ вырезаются из материала, термообработан-ного, закаленного или состаренного, который не был подвергнут растяжению или другим видам обработки для снятия напряжений, остаточные напряжения могут вносить большую ошибку в значение Къ рассчитанное по уравнению (5). Ошибка вводится из-за выгибания плечей образца в стороны в результате действия остаточных напряжений на поверхности образца. Такое действие остаточных напряжений показано на рис. 24. Оно приводит к смещению конца трещины до испытаний и, следовательно, к увеличению уровня K.I. Эффективность действия остаточных напряжений на возникновение и распространение трещины не должна быть недооценена, так как при этом трещины распространяются через весь образец ДКБ даже в том случае, если образец был не нагружен и нагружающие болты были сняты с образца после нанесения на него первоначальной трещины механическим разрывом (рис. 24). Данные по росту трещины для таких образцов часто не зависят от рассчитанного уровня Ki, от смещения g, заданного нагру-

Деформации разгрузки на поверхностях столбиков измерялись измерителем статической деформаций ИСД-2 с ценой деления шкалы реохорда 10~5 единиц относительной деформации. Это соответствует точности определения напряжений ±0,2 кгс/мм2. При-. нимая, что главные остаточные напряжения о1 и а2 действуют вдоль и поперек шва, получим

Для проверки погрешности измерения остаточных напряжений методом механической обработки столбиков были замерены остаточные напряжения в образце из стали 20ГСЛ, который был отожжен при температуре 880° С, что, по-видимому, должно привести практически к полному снятию остаточных напряжений.

Наличие остаточных напряжений. Остаточные напряжения практически существуют почти во всех деталях механизмов и машин и появляются в процессе производства и эксплуатации конструкции. Они возникают при отливке, механической и поверхностной термообработке деталей, при химической и электролитической обработке их поверхностей.

Рассмотрим процесс образования остаточных напряжений. Если в поверхность детали вдавливать стальной шарик (рис. 3.33). то материал детали под шариком, подвергаясь пластической деформации, будет выдавливаться и образовывать валик вокруг лунки. По мере углубления в металл напряжение падает и на некотором удалении от шарика становится меньше предела упругости. Упруго сжатые нижние слои материала стремятся спружинить в обратном направлении. Верхние слои пластически деформированы, и при снятии нагрузки в них возникнут остаточные напряжения сжатия. Их распределение показано на рис. 3.33: на сферической поверхности углубления — остаточное сжимающее напряжение, а под ним на

Четвертая особенность сварных соединений связана с наличием в них в большинстве случаев высоких остаточных собственных напряжений. Остаточные напряжения сами по себе не способны изменить свойства металла, но в некоторых случаях могут существенно влиять на механические свойства сварного соединения в целом, когда возникает взаимодействие остаточных напряжений с эксплуатационными.