Напряжениях деформациях

Стяжные соединения (особенно работающие при повышенных температурах) с течением времени ослабевают вследствие медленно развивающейся пластической деформации болтов (а иногда и стягиваемых деталей) под длительным воздейстэием напряжений, значительно меньших предела текучести материала при однократной и кратковременной нагрузке. Это явление называют р е л а к с а ц и-е и (ослаблением).

Цель испытаний состояла в получении дополнительной информации о дефектах материала сепараторов и их эволюции при действии рабочих и испытательных нагрузок. Заключения о возможности эксплуатации или необходимости ремонта аппаратов основаны на прочностных расчетах, при проведении которых наряду с прочими принимали во внимание данные акусти-ко-эмиссионных измерений. Применение АЭД показало отсутствие тенденции к подрастанию дефектов при нагружении штатным испытательным давлением (1,25Рр). Следует отметить, что хотя отношение испытательного давления к расчетному было достаточно высоким, максимальные значения номинальных напряжений значительно уступали величине предела текучести, что связано с особенностями конструирования и расчета на прочность сосудов, предназначенных для эксплуатации в се-роводородсодержащих средах. При испытаниях аппарата С-303 ставилась также задача контроля возникновения локальной пластичности металла в зоне вварки штуцера, что было необходимо для обеспечения корректности схемы расчета на прочность. Локальная пластичность не была обнаружена, что свидетельствует об упругом поведении материала при действии проектных нагрузок.

Во второй части книги были приведены сведения о расчетах на прочность при статическом действии нагрузки и краткие данные об определении напряжений при ударе. Для большинства деталей машин характерно, что возникающие в них напряжения периодически изменяются во времени; в связи с этим возникает вопрос о расчете на прочность и установлении величин допускаемых напряжений при указанном характере нагружения. При действии переменных напряжений значительно существеннее, чем при постоянных напряжениях, сказывается влияние формы детали, ее абсолютных размеров, состояния и качества поверхности. Особое значение имеет форма детали и связанное с ней явление концентрации напряжений. Кратко ознакомимся с этим явлением, а затем рассмотрим вопрос о выборе допускаемых напряжений раздельно для статического и переменного во времени нагружения.

Анализ случаев поломок деталей машин свидетельствует о том, что большинство поломок связано с явлением так называемой усталости материалов. Явление усталости металлов заключается в разрушении деталей машин вследствие возникновения в них многократно изменяющихся переменных напряжений, значительно меньших, чем предел прочности или даже предел текучести материала. Опасность этого явления заключается в том, что деталь, выполненная из пластичного металла и нагруженная до напряжений, казалось бы, неопасных, внезапно разрушается без появления остаточных деформаций, которые сигнализировали бы о надвигающейся катастрофе. Долгое время существовало мнение, что при работе детали в условиях циклически меняющихся напряжений, происходит изменение в кристаллическом строении металла. Это мнение основывалось на том, что материал с достаточными пластическими свойствами при длительной работе в условиях переменных напря-

ВЗРЫВНАЯ ШТАМПОВКА - штамповка листового металла под действием давления, создаваемого энергией взрыва бризантного ВВ, пороха или газовой смеси. Энергия передаётся через промежуточную среду (вода, минер, масло, песок). Принципиальное отличие В.ш. от обычной - мгнов. приложение к обрабатываемому металлу напряжений, значительно превосходящих предел его упругости. По точности и физ.-механич. св-вам изделия, получаемые В.ш., не уступают изделиям, отштампов. на прессе, а часто превосходят их.

Так как концентрация напряжений значительно снижает предел выносливости, то при конструировании деталей, работающих при переменных напряжениях, особенно важно выбрать также их формы, при которых не будет существенных концентраторов напряжений.

ВЗРЫВНОЕ ШТАМПОВАНИЕ — штампование металла, гл. обр. листового, при к-ром давление создаётся энергией взрыва бризантного ВВ, пороха или газовой смеси. Энергия передаётся через промежуточную среду (вода, минеральное масло, песок). Принципиальное отличие В. ш. от обычного — мгновенное приложение к обрабатываемому металлу напряжений, значительно превосходящих предел его упругости. По точности и физ.-механич. св-вам изделия, получаемые В. ш., не уступают изделиям, отштампованным на прессе, а часто превосходят их.

В. зависимости от формы тела, условий его закрепления и нагружения картина напряженного состояния сильно меняется. Меняются и способы его определения. В ряде важных частных случаев эта картина и соответствующий ей способ расчета напряжений значительно упрощаются. Поэтому целесообразно начать изучение с этих частных случаев.

Опыт показывает, что при переменных напряжениях после некоторого числа циклов может наступить разрушение детали, в то время как значения этих напряжений значительно ниже предельных. Причину такого разрушения, которое принято называть усталостным, объясняют следующим. При работе детали в условиях переменных напряжений в материале возникают микротрещины, которые постепенно проникают вглубь. По мере развития трещины поперечное сечение ослабляется, и в некоторый момент происходит

фаз не одинаковы, то для определения мест расположения трещин и видов разрушения следует учитывать наложение на однородные поля остаточных термических напряжений значительно более сложных полей напряжений.

мальных напряжений значительно расширяет диапазон применения модели сдвигового анализа, поскольку учет 022 в этом подходе в явном виде невозможен.

Деформации любого слоя в главных осях композита с известными упругими константами слоя Е\\, ?22, vj2, Gi2 и действующими на композит силами N и моментами М определяются из уравнений (4.4), (4.15) — (4.17). Эти деформации преобразуются к деформациям в главных осях слоя при помощи (4.13), а напряжения в слое определяются затем из (4.3). Рассчитав историю напряжений и деформаций в любом слое, можно при помощи любого критерия, основанного на напряжениях, деформациях или энергии деформирования, оценить, насколько состояние слоя близко к предельному. В предыдущих рассуждениях считалось, что слой и композит в целом обладают упругими свойствами, неизменными в процессе нагружения; однако вместо упругих констант можно использовать соответствующие тангенциальные модули, или углы наклона кусочно линейных зависимостей, аппроксимирующих кривые а(е).

В настоящее время имеется методика оценки циклической прочности сильфонных компенсаторов [90, 168, 249]. Расчет ведется в предположении упругого поведения конструкции в фиктивных напряжениях (деформациях). Сравнение (рис. 4.1.6, а) расчетных величин размахов фиктивных напряжений (деформации) (кривая 1) с экспериментальными (кривая 2), пересчитанными в фиктивные' напряжения путем умножения на модуль упругости измеренных упругопластических деформаций, для ис-

С целью проверки применимости указанной методики к оценке долговечности металлорукавов в диапазоне 102—105 циклов были проведены отдельные эксперименты и рассчитаны фиктивные напряжения деформации ряда циклически разрушенных металлорукавов (точки 1) и образцов из конструкционного материала (нержавеющая сталь Х18Н10Т) (точки 2, рис. 4.2.2). Сопоставление данных о разрушающих фиктивных напряжениях (деформациях) образцов и металлорукавов показало расхождение результатов в области N < 104 циклов (см. рис. 4.2.2), что свидетельствует об ограничении возможностей использования такой методики при малоцикловом нагружении.

Определение зависимости между напряжением и деформацией в пластической области имеет большое теоретическое и практическое значение при проектировании конструкций, работающих при знакопеременном нагружении. К настоящему времени в литературе известны в основном два подхода к решению этой задачи. Один из них базируется на феноменологических представлениях с использованием классической теории упругости и пластичности, например [1—4], другой — на статистической теории дислокаций [5, 6]. На основании статистической теории дислокаций были получены зависимости между деформацией и напряжением начальной кривой деформации, нисходящей и восходящей ветвей симметричной петли механического гистерезиса. Эти зависимости представлены в виде бесконечных степенных рядов по величине приложенного напряжения, для которого можно считать плотность дислокаций постоянной. При достаточно больших напряжениях (деформациях) экспериментальные данные показывают, что плотность дислокаций изменяется, петли механического гистерезиса несимметричны и разомкнуты.

Запасы прочности и исходный ресурс устанавливаются на стадии проектирования и могут быть уточнены по данным натурной или модельной тензометрии и термометрии при доводке или в начальный период эксплуатации. Накопленные повреждения и остаточный ресурс, как правило, могут определяться после определенной стадии эксплуатации машин и конструкций по фактическим данным о режимах работы и действующих напряжениях, деформациях и температурах.

ТЕОРИЯ (подобия — учение об условиях подобия физических явлений, устанавливающее критерии подобия и изучающее с их помощью сами явления; ползучести проявляется при исследовании процессов упрочнения, старения и течения пластических материалов в технике, содержащих в своих частях учения о дислокациях, напряжениях, деформациях в деталях и конструкциях машин; релятивистская, как правило, применяется при скоростях движения тел, близких к скорости света в вакууме; строения вещества молекулярно-кинетическая использует теорию теплоты, в основе которой лежит представление об атомном и молекулярном строении вещества; твердых тел основывается на квантовой теории энергетического спектра электронов в кристаллах; удара является учением в механике о скачкообразном изменении скоростей взаимодействующих тел и состояние их после удара в процессах ковки и штамповки, а также в эксплуатации машин и сооружений; упругости изучает перемещения, деформации и напряжения, которые возникают в упругих телах под действием нагрузки; электронная классическая теория электромагнитных явлений и свойств вещества, основанная на изучении и взаимодействии дискретных электрических зарядов); ТЕПЛОВИДЕНИЕ — получение видимого изображения тел по их невидимому тепловому инфракрасному излучению; ТЕПЛОЕМКОСТЬ (есть величина, равная отношению полученной) телом количества теплоты к произошедшему при этом изменению

2.1. Общие понятия о нагрузках, напряжениях, деформациях и разрушении материалов

2.1. Общие понятия о нагрузках, напряжениях, деформациях и разрушении материалов.............................................................................................................24

Испытания образцов проводят при напряжениях (деформациях), близких к синусоидальному закону их изменения во времени.

• либо при одинаковых для всех образцов средних напряжениях (деформациях) цикла;

Испытания образцов проводят при напряжениях (деформациях), р,^_ ^ ^ усталости '

Нагружение образцов при 'испытании производят: а) при постоянных заданных максимальных или амплитудных напряжениях цикла в процессе всего испытания образца; б) при постоянных заданных максимальных или. амплитудных деформациях цикла в процессе всего испытания образца.