Напряжений существует

Известно, что коррозионно-активная среда даже при отсутствии механических напряжений существенно изменяет физико-механические свойства металла, и состояние его поверхности, а также вызывает появление местных очагов концентрации напряжений. Тогда пребывание сильфона в периоды отключения КИП и А в контакте с остатками транспортируемой агрессивной среды может оказать значительное последействие на усталостную и кор-розионно-усталостную прочность. В связи с этим было исследовано влияние на усталостную долговечность предварительной выдержки сплавов для изготовления УЧЭ в средах и условиях, имитирующих газопромысловые. Были проведены сравнительные усталостные испытания сплавов 68НХВКТЮ и 40НКХТЮМД после их предварительной выдержки в течение 168 часов в среде, имитирующей по активности натурную: 5 % NaCl + 0,5 % СН3СООН при температуре 25 °С и парциальном давлении сероводорода, равном 1МПа. Экспозиция сплавов в электролите значительно изменила их физико-механические свойства. Так, например, микротвердость сплава 40НКХТЮМД возросла от 5 000 МПа до 5 600 МПа (12%), а сплава 68НХВКТЮ соответственно - от 3 750 МПа до 4 550 МПа (21%). Это связано с наводороживанием сплавов в используемой среде. В результате происшедших изменений физико-механических свойств исследованных сплавов их усталостная долговечность значительно понизилась: у сплава 40НКХТЮМД примерно в 2 раза, у 68НХВКТЮ - в 1,5. Фрактографические исследования поверхности усталостных изломов сплавов, предварительно выдержанных в электролите, показали уменьшение количества вязких составляющих по сравнению с изломами, полученными на сплавах в исходном состоянии. Особенно значительно повлияла предварительная выдержка в наводороживающеи среде на характер разрушения сплава 40НКХТЮМД. Изломы имеют плоскую поверхность с фасетками скола, на ней видны микропоры, которые можно интерпретировать как бывшие центры поглощения водорода в дефектных участках кристаллической решетки металла. Поверхность излома сплава 68НХВКТЮ испещрена микротрещинами, возникшими, по-видимому, из-за значительного увеличения его твердости при повышении давления молекулярного водорода, накопленного в ловушках.

При упругом упрочнении системе заранее придают' Деформации, противоположные деформациям при рабочем нагруженйи. Классическим примером этого способа упрочнения являются шпренгельные балки (рис. 270, а). В систему вводят т ел з о р ы 1 — стержни из высокопрочного материала. Натягивая стержни, в балке создают предварительные напряжения (рис. 270,6) на стороне, ближайшей к стержням — напряжения сжатия (—),^а на противоположной стороне — напряжения растяжения {+). Приложение рабочей нагрузки Fp;,G вызывает напряжения обратного знака (рис. 270,-е). Сложение предварительных и рабочих напряжений существенно уменьшает конечные напряжения в балке (рис, 270, г). Напряжения растяжения в стержнях возрастают. * ,

В случае динамических нагрузок концентрация напряжений существенно снижает прочность деталей как из хрупких, так и пластичных материалов, что необходимо учитывать в практических расчетах.

в 180° в межзонных промежутках под воздействием продольных растягивающих напряжений существенно изменяют параметры доменной структуры, способствуя снижению электромагнитных потерь.

Существенно сложнее обстоит дело, когда надо рассчитать стержень при случайных нагрузках. Случайные силы (статические или динамические), так же как и детерминистские, нагружают стержень, что приводит к случайному напряженно-деформированному состоянию, когда однозначно определить, например, напряжения нельзя. Однако ясно, что случайные напряжения, так же как и детерминистские, влияют на работоспособность стержневых элементов конструкций и это влияние необходимо уметь оценивать. В ряде случаев работоспособность конструкции может очень сильно зависеть от случайного напряженно-деформированного состояния. Например, неоднородность грунта при подъеме его со дна водоема (см. рис. 6.4) всегда будет вызывать случайные колебания трубопровода. Динамические напряжения, возникающие в трубопроводе, будут случайными (при отсутствии волнения поверхности водоема), что требует оценки долговечности трубопровода с учетом случайной составляющей напряжений.

Концентрация напряжений существенно зависит от вида и размеров концентратора. Подробные данные о теоретических коэффициентах концентрации напряжений приводятся в справочниках по расчетам на прочность.

В реальной передаче (зубчатом зацеплении) нагрузка по длине зуба распределяется неравномерно из-за деформаций валов, опор, корпусов и самих колес (изгиб, сдвиг, кручение), погрешностей изготовления. Концентрация нагрузки, являясь интегральной оценкой концентрации напряжений, существенно влияет на прочность зубьев. Ее учитывают (как и концентрацию напряжений), вводя в расчет коэффициент неравномерности распределения нагрузки К$ = wnmax/wn». Определение Кр производят по методике, приведенной в ГОСТ 21354-75. В упрощенных расчетах можно использовать данные табл. 20.1.

в 180° в межзонных промежутках под воздействием продольных растягивающих напряжений существенно изменяют параметры доменной структуры, способствуя снижению электромагнитных потерь.

Закон распределения касательных напряжений тЖ2 по толщине балки неодинаков. В сечениях, расположенных вблизи точек приложения сосредоточенных нагрузок, характер распределения напряжений существенно отличается от параболического, причем максимум T.,.z смещен к точке приложения нагрузки, а значение его превосходит максимум, вычисленный по классической теории и равный 0,75 т„. Это хорошо иллюстрирует рис. 2.15, а, на котором представлено изменение отношений тХ2/т0 по толщине балки для различных значений , выбранных в окрестности точки приложения силы. Отношение пролет: высота при этом сохранялось постоянным и равным четырем. В каждом сечении распределение TXZ по координате т) и их максимум зависит от отношения //Л. На рис. 2.15,6 показано изменение тжг в сечении- = 0,05 при различных параметрах //Л. Увеличение отношения //Л балки способствует уменьшению максимальных касательных напряжений и перемещению ординат максимумов к срединной плоскости. Показанные

Таким образом, в сечениях балки, близких к месту приложения сосредоточенной силы, эпюры касательных напряжений существенно отличаются от параболы. При этом ордината их экстремальных значений не постоянна для различных сечений по длине балки. Величина ттах возрастает с увеличением модуля межслойного сдвига и со снижением значений трансверсального модуля упругости (см. табл. 2.7). При малых отношениях l/h в центральном сечении балки ( = 0) имеют место относительно высокие сжимающие трансверсальные напряжения. Расчет напряжений ах тах по классическим формулам без учета анизотропии упругих свойств и локальности приложения нагрузки дает заметную погрешность.

Обкатка надреза роликом может практически полностью нейтрализовать отрицательное влияние надреза на циклическую прочность и довести ее до уровня прочности гладких образцов. На рис. 129 показано влияние упрочнения стальной литой дробью поверхности надрезанных образцов из сплава ПТ-ЗВ на их долговечность-при R- 0. Эффективность влияния упрочнения сохраняется при амплитудах напряжений, существенно превышающих предел текучести материала.

прочности от размеров данных дефектов. Для исследования совместного влияния степени механической неоднородности, размеров дефектов и геометрических параметров стыковых швов на прочность сварных соединений воспользуемся методом линий скольжения. Сущность данного метода заключается в следующем. В любой точке тела, находящегося в пластическом состоянии (при плоской деформации), вследствие закона парности касательных напряжений существует два взаимно перпендикулярных направления, вдоль которых указанные напряжения принимают максимальные значения, равные пределу текучести при сдвиге (т j_ = k). Переходя непрерывно от точке к точке и откладывая векторы максимального касательного напряжения, которые в соседних точках будут отличаться только по направлению, получаем кривые аир — траектории максимальных касательных напряжений или линий скольжения (рис. 2.2, а). Распространяя указанное построение на всю практическую область деформируемого тела, можно получить ортогональную сетку линий скольжения (рис. 2.2, б).

прочности от размеров данных дефектов. Для исследования совместного влияния степени механической неоднородности, размеров дефектов и геометрических параметров стыковых швов на прочность сварных соединений воспользуемся методом линий скольжения. Сущность данного метода заключается в следующем. В любой точке тела, находящегося в пластическом состоянии (при плоской деформации), вследствие закона парности касательных напряжений существует два взаимно перпендикулярных направления, вдоль которых указанные напряжения принимают максимальные значения, равные пределу текучести при сдвиге (т = /с). Переходя непрерывно от точке к точке и откл адывая векторы максимального касательного напряжения, которые в соседних точках будут отличаться только по направлению, получаем кривые аир — траектории максимальных касательных напряжений или линий скольжения (рис. 2.2, а). Распространяя указанное построение на всю практическую область деформируемого тела, можно получить ортогональную сетку линий скольжения (рис. 2.2, б).

Цикл термического нагружения является асимметричным по величине повреждения, накапливаемого в четном и нечетном полуциклах из-за различия действующих в них температур и напряжений. Существует оптимальное аначение дополнительной статической нагрузки o^pt, смещающее циклограмму а—г по оои напряжений таким образом, что суммарное повреждение за весь цикл оказывается минимальным (по сравнению со всеми другими значениями 0т). При этом значении сг^' (для исследованных материалов о«о составляет 50—150 МПа) наблюдается наибольшее число циклов до разрушения. Это соответствует ранее отмеченному увеличению долговечности с возрастанием статической нагрузки до 0т=100-=-150 МПа, что обычно объясняли дисперсией результатов.

Детали и конструкции, работающие в условиях агрессивных сред, часто подвергаются коррозионно-механическому разрушению под совместным воздействием коррозии и механических напряжений. Существует пять характерных случаев коррози-онно-механического разрушения металлоконструкций, отличающихся своеобразием воздействия механического фактора: 1) общая коррозия напряженного металла (не сопровождающаяся хрупким механическим разрушением); 2) коррозионное растрескивание; 3) коррозионная усталость; 4) коррозионная кавитация; 5) коррозионная эрозия (коррозионное истирание, фреттинг).

Существует еще один характерный размер нераспространяющихся усталостных трещин, не зависящий от исходной концентрации напряжений, а являющийся постоянным для данного материала и схемы нагружения. На рис. 31 приведены зависимости глубины нераспространяющихся трещин в пластинах с эллиптическим отверстием из мелкозернистой и крупно-

В условиях одноосного напряженного состояния для определения рассеянной энергии можно использовать площадь проявляющегося при циклическом нагружении на определенном уровне напряжения гистерезиса между напряжением и соответствующей ему деформацией. При сложном напряженном состоянии рассеянную энергию можно определить аналогичным способом, регистрируя петли гистерезиса для каждого главного направления, что предполагает наличие сигнала напряжения. По этой причине такой подход к реальной конструкции или даже только к определенному конструкционному элементу встречает серьезные затруднения. Их можно избежать, если учитывать, что как при одноосном, так и при сложном напряженном состоянии можно наблюдать гистерезис не только между напряжениями и соответствующими им деформациями, но и между деформациями по двум направлениям, в частности между деформациями по главным направлениям (деформационный гистерезис) [2]. Для циклического нагружения с пропорциональным изменением компонентов тензора напряжений существует связь между площадями деформационного и механического гистерезиса. В качестве отправной точки вывода этой связи служит предположение, что тензор деформации представляет сумму упругой и неупругой компонент или если глав-

Естественным обобщением описанной картины на случай сложного напряженного состояния является представление о том, что в пространстве напряжений существует такая область Q, содержащая начало координат, что на всяком пути нагружения, расположенном целиком внутри Q, деформация элемента остается упругой. Если тело идеально пластично, то выход точки на границу 5 области Q означает переход тела в состояние текучести, деформация при этом становится неопределенной. Таким образом, граница 5 представляет собой геометрическое место пределов текучести при всевозможных путях нагружения. Для идеально пластичного тела точки вне Q реализуются. Переход точки с границы S внутрь области и сопровождается изменением только упругой составляющей деформации, т. е. происходит разгрузка, хотя некоторые из компонентов напряжения сг,7 могут при этом возрастать.

В процессе поверхностного пластического деформирования, кроме того, происходит заглаживание, завальцовывание микроскопических надрывов и трещин, являющихся концентраторами напряжений. Существует мнение, что основное влияние поверхностный наклеп оказывает даже не на возникновение усталостных трещин, а на их развитие, задерживая его. Развитию усталостных трещин на базе имеющихся концентраторов напряжений особенно благоприятствует агрессивная среда, в которой работают многие детали.

Кроме рассмотренных режимов изменения напряжений, существует значительное число других режимов, в том числе таких, которые отличаются весьма большим периодом Т. При определенных соотношениях (Di/w2 этот период может превышать долговечность исследуемого объекта, в связи с чем такой режим приближается к испытаниям со случайным чередованием нагру-

Эпюры меридиональных термоупругих напряжений в тонкостенном оболочечном цилиндрическом корпусе для характерных тепловых режимов А1 — АЗ, приведенные на рис. 4.13, подобны. Это означает, что для соответствующих кривых распределения напряжений существует коэффициент подобия, с помощью которого можно получить кривую, совпадающую с базовой. Приняв, например, в качестве базовой кривую распределения меридиональных напряжений в режиме АЗ (кривая / на рис. 4.15, а), приведенные кривые напряжений для других тепловых состояний получим с помощью очевидных преобразований: (as)Ai = Кг(а5)Аз (кривая 2) и (as)Aj = К2(а5)Аз (кривая 3), где Jfj, К2 — коэффициенты подобия. Отметим удовлетворительное совпадение приведенных кривых для режимов At и А2 с базовой (для режима А3).

Имеются две точки зрения по вопросу о выборе материала деталей и конструкций, для которых (вследствие наличия в них остаточных напряжений) существует опасность хрупкого разрушения. Так как процесс хрупкого разрушения имеет две стадии (стадию зарождения и стадию развития хрупкой трещины), то и борьба с этим разрушением может идти двояко: либо по пути предупреждения его возникновения, либо по пути задержания распространения. Первый путь сводится к созданию так называемого «барьера», для преодоления которого требуется больше энергии, чем на поддержание распространения зародившейся хрупкой трещины. Следовательно, чтобы создать более высокий «барьер», необходимо применять сталь, наименее чувствительную к концентрации напряжений в виде надрезов. Второй путь сводится к применению таких металлов, которые обладают необходимым сопротивлением распространению хрупкой трещины, так как здесь полагают, что полностью избежать всех концентраций нельзя и всегда найдутся случайные причины образования первой хрупкой трещины. При решении вопроса о том, какой из этих двух путей более эффективен в каждом конкретном случае (т. е. что лучше применить: более дорогую сталь, не допускающую распространения хрупкой трещины, или повысить требования к изготовлению конструкции из более дешевой стали), нужно исходить из экономической стороны вопроса.