Напряжений различной

Дилатация материалов под воздействием водорода и ее неоднородность, порождаемая как внутренними причинами (наличие флуктуации, фазовые переходы и Т- Д-), так внешними (носыщение и дегазация, другие внешние воздействия), обусловливают появление, перераспределение и релаксацию внутренних «водородных» напряжений различных пространственных и временных масштабов. «Игра» неоднородных, трансформирующихся внутренних напряжений в свою очередь обусловливает перераспределение водорода в подсистеме внедрений. Иными словами, системы материал-водород легко проявляют себя как самоорганизующиеся синергетические системы, И в НИХ имеет место в неравновесных условиях целый спектр структурно-динамических явлений. Поэтому закономерно, что после водородной обработки могут реализовываться весьма разнообразные конечные состояния сплавов металл-водород с различным уровнем структурной необратимости и энергетической устойчивости структур.

В морской воде почти все обычно используемые металлы и конструкционные стали проявляют склонность к коррозии. Кроме того, повышенная опасность коррозии возникает при составных конструкциях из различных металлов вследствие хорошей электропроводности морской воды. Для оценки контактной коррозии могут быть использованы ряд напряжений различных металлов в морской воде (табл. 2.4) и правило площадей по формуле (2.43). Кроме того, существенное влияние оказывают сопротивления поляризации [см.. формулу (2.42)]. Общее представление об этих условиях дают диаграммы контактной коррозии [12, 13]. К образованию контактных коррозионных элементов могут привести и участки с различной структурой в одном и том же

предел выносливости гладкого образца. Штриховыми линиями даны кривые Ка = а0- Точки на рис. 30 соответствуют минимальным и максимальным размерам нераспространяющихся трещин для концентраторов напряжений, различных по глубине и радиусу при вершине.

Зависимость размера нераспространяющейся усталостной трещины от номинального напряжения при различных теоретических коэффициентах концентрации напряжений показаны на рис. 31. Наибольший интерес представляет участок кривой между минимумом и максимумом, так как именно он характеризует интервал между пределами выносливости по трещино-образованию и разрушению. При постоянной глубине надреза наклон этого участка увеличивается, длина трещины, соответствующая максимуму, также увеличивается, а напряжение, соответствующее минимуму, практически не зависит от теоретического коэффициента концентрации напряжений аа . Кривизна

концентрации напряжений различных машиностроительных материалов,

рительной деформации — нагартовке, накатке роликами, волочению, обработке дробью и т. п., — структура его изменяется; увеличивается число дефектов — происходит, скопление дислокаций вблизи таких препятствий, как поверхности раздела. Это сильно искажает решетку и приводит к прекращению действия источников дислокаций Франка — Рида, что повышает предел текучести и снижает пластичность. Описанный выше процесс механической холодной деформации называется наклепом. Наклепом же называют исостояние металла после холодной механической обработки его. Диаграммы напряжений различных образцов, изготовленных из одного и того же металла, подвергнутых до ис-е _ пытания предварительному наклепу, пока-

При исследовании локализованных в тонких поверхностях слоях напряжений изделий, подвергшихся поверхностному упрочнению, применяют рентгеновские методы контроля. Рентгеновские дифрактометры ДРН-2, ДРОН-1 (СССР), MDR-103, MDR-112 (Япония) и др. нашли широкое применение для контроля напряжений различных изделий. Принцип их работы основан на дифракции рентгеновских лучей при прохождении их через кристаллическую решетку исследуемого материала.

Радиационно-термомеханическое упрочнение. Исходя из современных представлений о дефектах кристаллической решетки и наличия критических напряжений различных элементов пластической деформации, для релаксации локальных перенапряжений и залечивания структурных неоднородностей диффузионным и микросдвиговым механизмами Р. И. Гарбер, И. А. Гиндин и И, М. Неклюдов [59, 60] предложили проводить отжиг, отпуск, старение материалов и изделий из них под плавно возрастающей нагрузкой в макроупру-гой области деформации в условиях, близких к эксплуатационным. Скорость нагружения при этом должна соответствовать скорости протекания процессов диффузионной и микросдвиговой релаксации локальных напряжений. Такое механико-термическое воздействие получило название программного нагружения. В отличие от описанных в литературе способов «программного нагружения», «программного деформирования» в этом случае программа нагружения соответствует характеру изменения сопротивления деформированию материала или изделия при нагружении, определяется природой протекающих под нагрузкой процессов релаксации перенапряжений и упрочнения слабых мест, т. е. в принципе является саморегулирующим процессом с обратной связью.

Основную информацию, необходимую для определения экспериментальных параметров силовых и некоторых энергетических уравнений, получают из опытов на длительное разрушение под действием постоянных напряжений различных уровней. Наиболее благоприятные возможности обработки этой информации возникают в том случае, когда объем испытуемых образцов настолько велик, что результаты испытаний могут рассматриваться на каждом уровне напряжений в отдельности. Для тех уровней, на которых наблюдается стопроцентное разрушение образцов в пределах установленной базы испытаний, вычисляются средние значения долговечностей, их дисперсия или основное отклонение, а также доверительные интервалы для математических ожиданий генеральной совокупности при заданной доверительной вероятности [80, 81]. Далее в предположении нормальности закона распределения долговечностей устанавливаются границы зон с заданными вероятностями разрушений, и строятся кривые равных вероятностей в координатах напряжение — время или напряжение — число циклов до разрушения. При этом обычно пользуются логарифмическими или полулогарифмическими шкалами.

Для сравнения влияния марки стали на необходимую толщину стенки трубы, влияния отклонений температуры и т. п. удобно пользоваться номограммой, приведенной на рис. 7-5. В левом квадранте по оси абсцисс отложены расчетные температуры стенки труб, по оси ординат — допускаемые напряжения. Кривые изображают изменение допускаемых напряжений различных котельных сталей в зависимости от температуры. В пра-BQM квадранте nq оси абсцисс нанесены рабочие давле-

Сопротивление статическому разрушению. Для характеристики сопротивляемости длительному статическому разрушению в общем случае изменения напряжения и нагрева используется закономерность накопления повреждений. В простейшей форме накопление повреждений рассматривается в виде линейного суммирования относительных времен действия напряжений различных уровней, для чего необходимо иметь кривые длительной прочности в интервале заданных температур. Если деталь работает при нескольких различных режимах, каждый из которых характеризуется временем работы т,-, температурой t-t

При выходе волны нагрузки или волны разгрузки на поверхность тела или при столкновении двух волн напряжений друг с другом имеет место явление отражения, при этом зарождается отраженная волна нагрузки или разгрузки, распространяющаяся с конечной скоростью а0 или b в обратном направлении, образуя область возмущений отраженной волны. Эта область расположена внутри области возмущений соответствующей прямой волны и является вторичной. Она ограничена той частью поверхности тела, где имеется отражение, и фронтом отраженной волны (рис. 3, а) или фронтом отраженной волны и поверхностями фронтов прямых волн (рис. 3, б). Движение частиц тела в области возмущений отраженной волны описывается вектором скорости vOTp и плотностью ротр'. напряженно-деформированное состояние — тензором напряжений (а)отр и тензором деформаций (е)отр. Состояние тела в области возмущений может быть упругим, вязкоупругим, упругопластическим и другим и зависит от природы возмущения и физико-механических свойств материала. Волны напряжений различной природы, распространяясь в теле, взаимодействуют друг с другом, что приводит к образованию новых областей возмущений, перераспределению напряжений и деформаций

Пусть тело массы т ударяется в преграду со скоростью vc. В результате в теле и преграде образуются области возмущений, вызванные распространением волн напряжений различной природы. Напряженно-деформированное состояние области возмущений характеризуется тензором напряжений (о) и тензором деформаций (е), движение частиц в этой области описывается вектором скорости v и плотностью р. Указанным характеристикам напряженно-деформированного состояния преграды и движения частиц в области возмущений ставится в соответствие тензор кинетических напряжений (Т), принимаемый за основную искомую величину.

как во внедряющемся теле, так и в преграде зарождаются волны напряжений различной природы. При внедрении в преграде можно выделить три области: область внедре-

Как следует из формулы (3.1.7), при пластическом деформировании стержня распространяется множество волн напряжений различной интенсивности с различными скоростями, меньшими скорости распространения упругой волны, причем волне большей интенсивности соответствует меньшая скорость распространения. Волны напряжений, соответствующие пластическому деформированию стержня при динамическом нагружении, называются волнами Римана. Они, как показано X. А. Рахматулиным [35], описываются формулами

При взрыве и ударе без внедрения в плите образуются только области возмущений, в которых распространяются волны напряжений, тогда как при ударе с внедрением в плите образуются область внедрения с пограничным слоем и области возмущений, в которых распространяются волны напряжений различной природы.

Причиной возникновения пористой оксидной пленки может быть также наличие в оксиде внутренних механических напряжений различной природы.

В дальнейшем аналогичная зависимость была получена и при испытаниях на изгиб с вращением, проводившихся на образцах из низкоуглеродистой стали (a-i = 264 МПа) с кольцевыми концентраторами напряжений различной остроты (см. рис. 5). Амплитуда напряжений, при которой возникшие трещины распространялись и приводили к поломке образцов в зоне высокой концентрации напряжений, как и при растяжении-сжатии, оказалась независящей от ао (аа = 90 МПа). У образцов с теоретическим коэффициентом концентрации напряжений выше критического значения («0 = 264/90 = 2,9) наблюдалось появление нераспространяющихся усталостных трещин при оа<90 МПа вплоть до амплитуд напряжений, ограниченных кривой трещинообразования.

Первые попытки (1960—1961 гг.) получить теоретическое решение для определения параметров области существования нераспространяющихся усталостных трещин были основаны на феноменологическом подходе к рассмотрению причин образования таких трещин. В одной из работ проявление большинства факторов, приводящих к торможению развития усталостной трещины, сведено к увеличению сопротивления росту трещины от поверхности в глубь сечения образца. Полученное решение позволяет найти наименьший эффективный коэффициент концентрации напряжений, при котором возможно образование нераспространяющихся усталостных трещин. Р. Петерсоном по существу впервые с феноменологических позиций получены расчетные зависимости пределов выносливости по трещинообра-зованию и разрушению от радиуса надреза различной глубины и зависимость между теоретическим и эффективным коэффициентом концентрации напряжений для плоских образцов с концентраторами напряжений различной интенсивности.

вение и развитие усталостных трещин в области существования нераспространяющихся трещин были проведены X. Ниситани на образцах из отожженной (890 °С, 1 ч) среднеуглеродистой стали со следующими химическим составом (%) и механическими свойствами: 0,23 С; 0,31 Si; 0,37 Мп; 0,011 Р; 0,021 S; 0,13 Си; св=479 МПа; ат = 285 МПа; гз = 61,6%. Испытывали образцы диаметром 5 и 10 мм гладкие и с концентраторами напряжений различной интенсивности (различными радиусами при вершине надреза от оо до 0,05 мм). Размеры образцов, а также соответствующие им теоретические коэффициенты концентрации напряжений приведены в табл. 6. Испытания на усталость проводили при изгибе с вращением. Частота циклов нагружения 2500 1/мин, база испытаний 107 циклов. Часть образцов испытывали в состоянии после чистовой токарной обработки, другую часть подвергали дополнительному отжигу в вакууме при 600 °С в течение 1 ч (для снятия остаточных напряжений, возникших при механической обработке) и электрополированию со снятием поверхностного слоя толщиной около 10 мкм.

диаметром 5 мм с концентраторами напряжений различной глубины

Рис. 35. Зависимость пределов выносливости по разрушению О-т (1) и тре-щинообразованию сг-ц (2) от теоретического коэффициента концентрации напряжений для образцов из углеродистых сталей (а — 0,54% С, <тв = = 1050 МПа и 6 — 0,31% С, ав = = 548 МПа) с концентраторами напряжений различной глубины (цифры у кривых)