Напряжениях растяжения

Влияние концентрации напряжений. Разрушение деталей при переменных напряжениях происходит вследствие прогрессивно развивающейся трещины, которая возникает в наиболее напряженном месте детали. Поэтому прочность при переменных напряжениях тесно связана с местными напряжениями, развивающимися вблизи отверстий, выточек, шпоночных канавок, галтелей, резьбы, входящих углов, рисок, а также в местах внутренних дефектов материала: трещин, включений и т. д. Эти места (например, вблизи надрезов), являющиеся причиной возникновения местных напряжений, называют концентраторами напряжений. Явление возникновения местных напряжений называется концентрацией напряжений.

В настоящее время доказана ошибочность этого предположения, но термин «усталость» остался в употреблении. Современная техника микрофотографирования позволила вскрыть истинную причину разрушения. Разрушение при знакопеременных напряжениях происходит вследствие постепенного развития микротрещины. Наличие двух зон в месте излома вызвано тем, что под влиянием переменных напряжений края трещины то расходятся, то сходятся, нажимая друг на друга, благодаря чему происходит сглаживание поверхности трещины, ее «шлифование». Когда же развившаяся трещина ослабит сечение настолько, что оно не в состоянии сопротивляться действующим нагрузкам, происходит внезапное хрупкое разрушение, характерное даже для весьма пластичных металлов.

1) отсутствует предел усталости материала (горизонтальный участок на кривой усталости), т.к. даже при малых напряжениях происходит образование и рост трещин;

Влияние концентрации напряжений. Разрушение деталей при переменных напряжениях происходит вследствие прогрессивно развивающейся трещины, которая возникает в наиболее напряженном месте детали. Поэтому прочность при переменных напряжениях тесно связана с местными напряжениями, развивающимися вблизи отверстий, выточек, шпоночных канавок, галтелей, резьбы, входящих углов, рисок, а также в местах внутренних дефектов материала: трещин, включений и т. д. Эти места (например, вблизи надрезов), являющиеся причиной возникновения местных напряжений, называют концентраторами напряжений. Явление возникновения местных напряжений называется концентрацией напряжений.

Рис. 4.95. Изменение во времени скорости деформации сдвига в процессе течения полимера: / — при больших напряжениях, 2 — при малых напряжениях; большая величина Y в начальный момент объясняется наличием в составе деформации как высокоэластической доли, так и течения; точка Б соответствует исчерпанию высокоэластической деформации (ее скорость обращается в нуль); участок БВ графика — необратимое течение. На этом участке скорость сначала растет вследствие разрушения надмолекулярных структур (при малых напряжениях и скоростях этого не происходит), а затем становится .постоянной (установившийся режим течения); уменьшение скорости течения при малых напряжениях происходит за счет увеличения внутреннего трения при выпрямлении макромолекулы вдоль действия сил [Федоренко Н. П., Рах-лин И. В.] (Здесь и далее в квадратных скобках в подрисуночной подписи приводятся фамилии авторов из библиографического списка, приведенного в подстрочном примечании на стр. 336 (начало § 4.12),)

Электрохимическими исследованиями, проведенными совместно с А.М.Крохмальным [208, с. 57—61], установлено (рис. 100), что стационарный потенциал цинкового покрытия равен примерно —870 мВ, т.е. на 300—320 мВ отрицательнее стационарных потенциалов сталей. За 12 сут испытаний без приложения циклических напряжений (что соответствует базовому количеству циклов вращения 5 • 107 цикл) потенциалы оцинкованных образцов сдвигаются до - (780 - 800 мВ) вследствие формирования на поверхности плотного слоя оксидо-солевых продуктов коррозии, состоящих из оксидов и гидрооксида цинка. При высоких механических напряжениях происходит смещение электродных потенциалов стали на 80—100 мВ в отрицательную сторону от стационарного значения. Величина смещения потенциалов растет с уменьшением прочности стали и повышением уровня приложенного напряжения. Воздействие циклических напряжений в начале испытаний приводит к появлению в слое трещин, достигающих основного металла, что является причиной резкого смещения потенциала. На последующих этапах испытаний потенциалы образцов сдвигаются в положительную сторону на 30—50 мВ, а затем относительно стабилизируются (см. рис. 100, // участок кривой 3), что связано с пассивацией ювенильных поверхностей покрытия и контактированием коррозионной среды через трещины со сталью, имеющей более положительный потенциал, чем покрытие. Сдвиг потенциала в положительную область увеличивается с ростом уровня напряжений и понижением прочности стали, так как эти факторы усиливают разрушение покрытия, и площадь оголенной стали увеличивается. Потенциал образовавшейся коррозионной системы покрытие - основа лежит в достаточно отрицательной области (—900 мВ и ниже), поэтому поверхность стали находится в условиях полной электрохимической защиты в результате протекторного действия покрытия. Однако влияние высоких напряжений без коррозионного фактора приводит к развитию разрушения в глубь стали, что сопровождается интенсивным смещением потенциала в положительную сторону (/// участок). Полное разрушение образца сопровождается резким сдвигом потенциала в отрицательную сторону (/У участок).

Влияние концентрации напряжений. Разрушение деталей при переменных напряжениях происходит вследствие прогрессивно развивающейся трещины, которая возникает в наиболее напряженном месте детали. Поэтому прочность при переменных напряжениях очень тесно связана с местными напряжениями, развивающимися вблизи отверстий, выточек, шпоночных канавок, галтелей, резьбы, входящих углов, рисок, а также в местах внутренних пороков материала: трещин, включений и т. д. Эти места (например, вблизи надрезов), являющиеся причиной возникновения местных напряжений, называют концентраторами напряжений. Явление возникновения местных напряжений называется концентрацией напряжений.

териале возникают полосы скольжения (полосы Людерса), а на диаграмме деформирования появляются характерные зубцы (эффект Портевена-Ле-Шателье). Появление на диаграмме 8.1в пика (зуба текучести) сопровождается пиком скорости счета АЭ. Несколько меньшим пиком характеризуется выход из площадки текучести (в момент появлении обратного зуба текучести). Диаграмма 8.1 г может наблюдаться при отрыве дислокаций от точек закрепления различного типа. Сначала при малых напряжениях происходит отрыв от слабых точек закрепления, затем от более сильных. Подобные диаграммы можно получить, например, для облученных кристаллов, в которых дислокации закрепляются как на вакансиях, так и на междоузельных атомах. Сходный вид имеют и диаграммы в случае, когда пластическая деформация сопровождается трещинообразованием.

Значения параметров АЭ зависят от ряда параметров испытания, включая геометрию образцов, скорость нагружения, аппаратуру и другие условия. На рис. 3 приведена зависимость величины максимума скорости счета от скорости деформации для стали 10ГН2МФА. Общая закономерность: чем выше скорость деформирования, тем большие значения принимают параметры АЭ. Это объясняется тем, что при более высоких напряжениях происходит пластическое деформирование образцов. А более высоким напряжениям соответствует большая скорость дислокаций при их отрыве от препятствий.

Влияние концентрации напряжений. Разрушение деталей при переменных напряжениях происходит вследствие прогрессивно развивающейся трещины, которая возникает в наиболее напряженном месте детали. Поэтому прочность при переменных напряжениях тесно связана с местными напряжениями, развивающимися вблизи отверстий, выточек, шпоночных канавок, галтелей, резьбы, входящих углов, рисок, а также в местах внутренних дефектов материала: трещин, включений и т. д. Эти места (например, вблизи надрезов), являющиеся причиной возникновения местных напряжений, называют концентраторами напряжений. Явление возникновения местных напряжений называется концентрацией напряжений.

Особенностью бетона как конструкционного материала являются хрупкость и резкая анизотропия механических качеств и- склонность к хрупкому растрескиванию даже при небольших напряжениях растяжения, йредел прочности на растяжение в 10—20 раз меньше предела прочности на сжатие. '• . . : .

Точки А и В соответствуют пределу усталости при симметричном цикле (0, коэффициент асимметрии R > 0). Полные диаграммы усталости показывают, что при crm > О, т. е. при средних напряжениях растяжения, с увеличением асимметрии цикла предельные напряжения усталости ок = 0шах возрастают, хотя амплитуда <та с увеличением среднего напряжения crm уменьшается. Наименьший предел выносливости оказывается при симметричном цикле R = —1.

К мероприятиям, повышающим Н., относятся методы поверхностного упрочнения. Их роль определяется состоянием поверхностных слоев, о значении к-рого говорилось при рассмотрении мероприятий, предотвращающих изменение структуры и св-в поверхностных слоев во время эксплуатации. К этим мероприятиям относятся: наклеп поверхностных слоев (дробеструйная обработка, обкатка и др.), повышающий сопротивление усталости при переменных напряжениях растяжения и изгиба тем, что в этих слоях создаются сжимающие напряжения, а также и тем, что, напр., дробеструйной обработкой удаляются мелкие концентраторы напряжений в поверхностных слоях (риски, микротрещины, растравленные участки границ зерен и т. д.); различные термодиффузионные покрытия, повышающие сопро-

Особенностью бетона как конструкционного материала являются хрупкость и резкая анизотропия механических качеств и склонность к хрупкому растрескиванию даже при небольших напряжениях растяжения, предел прочности на растяжение в 10—20 раз меньше предела прочности на сжатие. * •

Характер зависимостей, выражаемых диаграммами Смита и Хэя при средних напряжениях растяжения, таков, что с увеличением среднего напряжения пределы усталости, соответствующие максимальным напряжениям цикла, увеличиваются. Наименьшим оказывается предел усталости при симметричном цикле (ат = 0).

При недопустимо высоких напряжениях растяжения в шипах прибегают также к увеличению количества шипов до двух и даже до трех (т. е. увеличивают суммарную площадь поперечных сечений шипов).

Различия в строении изломов у стекол разной прочности подтверждает известное положение, что трещины в твердых телах начинают расти при напряжениях растяжения, значительно меньших наблюдаемого разрушающего напряжения. Образование зеркальной зоны связано с медленным ростом первичной трещины, а размеры этой зоны характеризуют сопротивление стекла приложенным нагрузкам.

Описанную кривую ползучести можно наблюдать не только при напряжениях растяжения (деформации растяжением), но и.при сжатии, изгибе или сочетании различных видов нагружения. Однако испытания на ползучесть проводят в основном при одноосном растяжении, поэтому ниже за исключением особо оговоренных случаев рассматривается ползучесть при растяжении. В настоящее время для испытаний на ползучесть применяют главным образом машины рычажного типа (рис. 3.2) с отношением плеч рычага 1 : 10 или 1 : 20. Обычно испытания на ползучесть при растяжении проводят при постоянной нагрузке. Следовательно, в процессе испытаний образец вытягивается, площадь поперечного сечения уменьшается, поэтому истинные напряжения увеличиваются. На рис. 3.1, а показано различие кривых ползучести при постоянной нагрузке и при постоянном напряжении. Если обозначить начальное (номинальное) напряжение ап, условную деформацию ЕП, истинное напряжение о, истинную (логарифмическую) деформацию е, то из условия постоянства объема о~ =

В этом уравнении А = cra/am — отношение напряжений, а' — постоянная, определяемая по наклону кривых на диаграмме разрушения при статической ползучести. Предполагается, что члены подынтегральных напряжений, обозначенные как абсолютные величины, характеризуют повреждения как при напряжениях сжатия, так и при напряжениях растяжения. Из рис. 5.1, a следует, что по мере увеличения а' линии на диаграмме приближаются к прямой, составляющей угол 45° с осями координат,

Известно, что в некоторых случаях равномерно распределенные длительно действующие статические напряжения растяжения вызывают лишь усиление общей коррозии, однако при появлении концентратора напряжения эта общая коррозия переходит в ножевую коррозию и становится возможным коррозионное растрескивание стали. Так, например, можно привести случай, когда наличие равномерно распределенных напряжений, которые равнялись 36 кГ/мм2, не вызывало коррозионного растрескивания в щелочной среде, а напряжения, равные всего лишь 14 кГ/мм2, при наличии концентратора напряжений, вызывали такое растрескивание. Г. А. Шварц 1165] описывает исследования, которые показали, что разрушение стали 25 в 50%-ном растворе NH4W03 происходит тем быстрее при одинаковых номинальных напряжениях растяжения, чем острее концентратор напряжений.

К мероприятиям, повышающим Н., относятся методы поверхностного упрочнения. Их роль определяется состоянием поверхностных слоев, о значении к-рого говорилось при рассмотрении мероприятий, предотвращающих изменение структуры и св-в поверхностных слоев во время эксплуатации. К этим мероприятиям относятся: наклеп поверхностных слоев (дробеструйная обработка, обкатка и др.), повышающий сопротивление усталости при переменных напряжениях растяжения и изгиба тем, что в этих слоях создаются сжимающие напряжения, а также и тем, что, напр., дробеструйной обработкой удаляются мелкие концентраторы напряжений в поверхностных слоях (риски, микротрещины, растравленные участки границ зерен и т. д.); различные термодиффузионные покрытия, повышающие сопро-