Напряжений сопротивление

Эпюра остаточных напряжений, приведенная на рис. 11.11, в, характерна для сварки пластин из низколегированной и аустенит-ной сталей, титановых сплавов или в общем случае для сварки металлов и сплавов, не претерпевающих структурных превращений при температурах Т< 873...973 К. Максимальные остаточные напряжения ахтах при сварке аустенитных сталей обычно превосходят предел текучести. Это, по-видимому, связано с большим коэффициентом линейного расширения, а как следствие, большой пластической деформацией, вызывающей упрочнение металла с образованием высоких значений продольных остаточных напряжений. В титановых сплавах максимальные остаточные напряжения, как правило, ниже предела текучести основного материала в исходном состоянии и составляют (0,7...1,0) ат. При этом высокие значения остаточных напряжений соответствуют сварке на интенсивных режимах с большой эффективной мощностью и большой скоростью.

геометрических дестабилизирующих факторов и проскальзывания на границах раздела компонентов (связь между ними или идеальна, или обладает пластическими свойствами). Из этого условия устойчивости автоматически вытекает много полезных следствий, в том числе выпуклость всех начальных и последующих предельных поверхностей пластичности или текучести в пространстве нагрузок или напряжений. Если некоторым комбинациям нагрузок или напряжений соответствуют точки Л и В, лежащие на заданной поверхности текучести, то точка, полученная линейной интерполяцией между ними, лежит внутри или на этой поверхности (рис. 1.3). Инженеру не нужно предусматривать возможности появления неожиданно низких значений предела текучести рядом с высокими. И наоборот, не следует ожидать появления локальных максимумов этой характеристики. Любая точка, полученная линейной экстраполяцией А и В, лежит на или вне поверхности текучести (рис. 1.3).

Обратим внимание на то, что точки, где 0Х = 02 = 0 (особые точки траекторий главных напряжений), соответствуют местам, которые всегда остаются темными при любом положении скрещенных поляризаторов и анализаторов.

Критерий пластичности, которому в пространстве главных напряжений соответствуют две правильные пирамиды (рис. 2.1.7) с общим основанием, лежащим в девиаторной плоскости, и с осью, совпадающей с гидростатической осью, можно рассматривать как обобщение условия Треска-Сен-Венана. Вершины пирамид лежат по разные стороны от девиаторной плоскости и имеют координаты GI~
тической области для данного материала касательный модуль значительно меньше модуля упругости. В связи с этим незначительным изменениям напряжений соответствуют большие приращения деформации. Поэтому при проведении вычислений возможна потеря устойчивости счета.

Повышение эксплуатационных нагрузок и снижение запасов прочности приводят к тому, что расчеты прочности и надежности по критериям сопротивления длительному и циклическому разрушению должны осуществляться не только в напряжениях, как это традиционно имело место, а в деформациях. Это связано с тем, что в неупругой области небольшим изменениям номинальных напряжений соответствуют еше меньшие изменения максимальных напряжений в перенапрягаемых зонах и существенные изменения местных деформаций. Поэтому для случаев однократного и малоциклового нагружения в уп-ругопластической области необходима разработка методов кинетики местных деформаций и деформационных критериев разрушения.

Повышение эксплуатационных нагрузок, необходимость анализа аварийных ситуаций и снижение запасов прочности приводят к тому, что расчеты сопротивления статическому и циклическому разрушению должны осуществляться не в напряжениях, как это традиционно имело место, а в деформациях. Это связано с тем, что в неупругой области небольшим изменениям номинальных напряжений соответствуют еще меньшие изменения максимальных напряжений в перенапрягаемых зонах и существенные изменения местных деформаций. Поэтому для оценки повреждений, прочности и ресурса

Для определения коэффициента интенсивности напряжений во втором периоде развития усталостной трещины К\ был использован экспериментальный метод, основанный на предположении, что равным значениям коэффициентов интенсивности напряжений соответствуют равные значения скорости роста трещин.

Экспериментальные данные о скорости роста усталостных трещин, полученные в условиях двухчастотного нагружения, в определенных диапазонах изменения суммарных значений коэффициента интенсивности напряжений соответствуют линейным зависимостям и могут быть описаны уравнениями Париса. Необходимо отметать, что закономерности изменения скорости роста усталостных трещин при двух-частотном нагружении с заданными параметрами не зависят от уровня исходных значений суммарного коэффициента интенсивности напряжений и соответствующему ему для заданного соотношения амплитуд размаха коэффициента интенсивности напряжений высокочастотного нагружения ДК"<2), при которых начинается испытание образца, а диаграммы усталостного разрушения для рассмотренных двухчастотных режимов располагаются параллельно среднеамплитудному участку диаграммы при одночастотном нагружении. Отсюда следует, что показатель степени в соответствующих уравнениях является величиной постоянной для данного материала и независимой от режима нагружения.

Для детерминированного синусоидального процесса х = 1 и v = 0. Для узкополосного случайного процесса, показанного на рис. 4.12, а, х s 1 и v s< 0. Такой процесс близок к гармоническим колебаниям с фиксированной частотой и случайными амплитудой и фазой, причем каждому циклу изменения напряжений соответствуют примерно два нуля и два экстремума (такие процессы называют также квазигармоническими).

где Wb — осевой момент сопротивления поперечного сечения витка относительно бинормали b (см. табл. 4.1). Положительные значения нормальных напряжений соответствуют растяжению, отрицательные — сжатию.

При понижении температуры сопротивление усталости сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов заметно повышается, оричем особенно интенсивно при снижении температуры ниже —70°С. При температуре жидкого азота (—196°С) это повышение может достигать 50% и более [24]. При низких температурах увеличивается сопротивление усталости и образцов с надрезами, однако в разной степени, что приводит к возрастанию эффективного коэффициента концентрации напряжений. Сопротивление усталости алюминиевых сплавов возрастает при понижении температуры меньше, чем у сталей.

Высокая прочность сталей рассматриваемого класса (например, стали марки ЗОХГСНА) обеспечивается мартенситной структурой, образование которой сопровождается возникновением внутренних напряжений, наличие которых и определяет склонность к КР. Величина и характер внутренних напряжений оказывают большое влияние на сопротивление высокопрочных сталей к КР-С увеличением внутренних растягивающих напряжений сопротивление высокопрочных сталей КР уменьшается [П. Высокопрочные стали обнаруживают склонность к КР в кислых, нейтральных, щелочных растворах и во влажной среде.

При наличии концентрации напряжений сопротивление усталости деформируемых сплавов резко понижается. Чувствительность к концентрации напряжений при повторных нагрузках, характеризуемая ко-

1) Сопротивление отрыву для многих пластичных материалов определить очень трудно, так как. они разрушаются путем среза. Для получения разрушения путем отрыва принимаются специальные меры (увеличение скорости нагружения, понижение температуры испытания, создание концентраций напряжений посредством надрезов). Наблюдаемую при таком искусственно созданном хрупком разрушении характеристику сопротивления отрыву можно считать такой же по величине, как и при малой скорости нагружения, комнатной температуры и отсутствии концентраторов напряжения, вследствие подтверждаемой опытом малой зависимости величины сопротивления отрыву от исэрогт нагружения, температуры и степени концентрации напряжений.

Для достижений максимальной эффективности упрочнения деталей, работающих в условиях статических и динамических нагрузок, рекомендуется содержание углерода в цементованном слое поддерживать в пределах 0,80—1,05%. В случае применения сталей с 0,27—0,34% С глубину цементованного слоя следует назначать в пределах 0,5—0,7 мм. Для цементуемых сталей, содержащих 0,17—0,24% С, глубину цементованного слоя принимают от 1,0 до 1,25 мм. При этом следует иметь в виду, что сопротивление усталости деталей машин без концентраторов напряжений при малых глубинах слоя зависит от прочности сердцевины, при больших — от прочности поверхностного слоя. В этом случае повышение глубины упрочненного слоя оказывается полезным только до 10—20% радиуса детали. При глубине слоя меньше этих значений сопротивление усталости повышается с увеличением прочности сердцевины. При наличии на поверхности деталей концентраторов напряжений сопротивление усталости повышается с увеличением остаточных напряжений сжатия, а глубина слоя должна быть очень малой (1—2% радиуса детали). Главным фактором, вызывающим увеличение предела выносливости при химико-термических методах обработки деталей, являются остаточные напряжения, возникающие в материале детали в процессе упрочнения. При поверхностной закалке т. в. ч. главное влияние на повышение предела выносливости и долговечности оказывает изменение механических характеристик материала поверхностного слоя. В еще большей степени это относится к упрочнению наклепом.

- сопротивление повторным упругим, упругопластическим деформациям и формоизменению в зонах повышенных местных напряжений от тепловых и механических нагрузок;

При растяжении —сжатии, в отличие от изгиба, максимальной деформации подвергается значительно больший объём образца, и благодаря равномерному распределению напряжений сопротивление материала выявляется более полно.

При действии статических напряжений сопротивление материала малым пластическим деформациям характеризуется пределами текучести при растяжении ат и сдвиге тт-, а также соответствующими диаграммами деформирования (см. гл. I), полученными при однородном напряженном состоянии (растяжение, кручение тонкостенной тру-бы). Для большин-ства материалов начальный участок диаграммы деформирования схематизируется (фиг. 1) в виде двух прямых. Ордината точки перелома диаграммы является пределом текучести QJ-, величина большинства конструк-(кроме сталей высо-

При действ и и пе-ременных напряжений сопротивление материала усталостному разрушению характеризуется кривой усталости (фиг. 2), получае-

При повышенных температурах и действии переменных напряжений сопротивление усталости характеризуется кривыми усталости, которые в этом случае

При действии статических напряжений сопротивление материала малым пластическим деформациям характеризуется пределами текучести при растяжении ат и сдвиге тт, а также соответствующими диаграммами деформирования (см. гл. I), полученными при однородном напряженном состоянии (растяжение, кручение тонкостенной трубы). Для большинства материалов начальный участок диаграммы деформи рова ния схематизируется (фиг. 1) в виде двух прямых. Ордината точки перелома диаграммы является пределом текучести ат, величина которого для большинства конструкционных сталей (кроме сталей высокой прочности с авр > 80 кГ/мм*) соответствует пределу текучести, определяемому по допуску пластической деформации (0,2% остаточной деформации при растяжении). Величина напряжения ае, соответствующая деформации е, по схематизированной диаграмме, отнесенная к вт, равна