Напряжениях значительно

Вопрос о деформациях и напряжениях, возникающих в месте контакта, решается методами теории упругости. При решении задачи задаются следующими предположениями: 1) материалы соприкасающихся тел однородны, изотропны, а нагрузки создают в зоне контакта только упругие деформации; 2) площадка контакта мала по сравнению с поверхностями тел; 3) действующие усилия направлены по нормали к поверхности соприкасающихся тел.

Б. М. Об остаточных напряжениях, возникающих при шлифовании металлов,— Изв. АН СССР. Металлы, 1969, № 6.

AlZnMgS (ФРГ), A74G (Франция), хегал (ВНР), 7005 и 7039 (США) и др. Недостаток таких сплавов состоит в том, что они медленно разрушаются при сравнительно невысоких напряжениях, возникающих при сварке или монтаже. Для изготовления сварных конструкций, работающих при повышенных температурах, применяются сплавы АК8(01381), 01201, 01205, ВАД1.

Низкотемпературное оборудование может разрушаться и в результате термических напряжений, обусловленных различным термическим расширением контактирующих деталей из разных материалов. Припой в паяных соединениях должен обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться при напряжениях, возникающих в соединении разнородных металлов. Для пайки соединений, работающих в условиях термоциклирования, мягкий припой (50/50) обычно не применяют. Он теряет пластичность при низких температурах.

В настоящем разделе рассмотрена задача о напряжениях^ возникающих в полом цилиндре с одним или несколькими отверстиями при неизменном вдоль оси z цилиндра распределении температуры и наличии источников тепла в некоторых отвер-

На выносливость сталей заметное влияние оказывает финишная опера-ция — шлифование, т.е. важное значение имеет, какими кругами его про-водили. У закаленной стали ШХ15 условный предел коррозионной выносливости в 3 %-ном растворе NaCI при базе 5 • 107 цикл после шлифования алмазным, боразонным и электрокорундовым кругами составляет соответственно 65; 25 и 17 МПа [39]. У закаленной стали 40Х наблюдается такая же закономерность, однако различие в величине условного предела коррозионной выносливости значительно меньше. При электрокорундовом шлифовании происходит отпуск закаленных сталей на глубину 110—150 мкм, микротвердость поверхностных слоев уменьшается на 15—20 % и возникают растягивающие остаточные напряжения 370— 570 МПа. При алмазном шлифовании, благодаря лучшим режущим свойствам алмазов, температура и давление в зоне контакта круга и изделия меньше, чем при электрокорундовом, поэтому в поверхностных слоях закаленных сталей обнаружено некоторое повышение микротвердости и наличие остаточных сжимающих напряжений до 900—1200 МПа [39]. Остается, однако, непонятным, почему при столь значительных сжимающих напряжениях, возникающих в поверхностных слоях образцов в результате алмазного шлифования и низкой шероховатости поверхности, предел выносливости увеличился несущественно, а в коррозионной среде на 10-50 МПа.

О внутренних напряжениях, возникающих в процессе заготовительных операций, имеется ряд исследований. Менее изучены напряжения, возникающие при обработке резанием. При недостаточной жёсткости детали (обтачивание тонких дисков, фрезерование тонких реек) внутренние напряжения могут вызвать значительные деформации. Проведённые исследования показали, что напряжения, возникающие в поверхностных слоях деталей при обработке их резанием, выражаются значительными величинами и распространяются вглубь на несколько десятых миллиметра.

Шухов не упоминает о продольных напряжениях, возникающих от момента, которые при строгом подходе следовало бы учесть. Однако для выбранных размеров стенки и условий ее защемления они были незначительными и имели затухающий характер. Много лет спустя, в 1934г. (1.25), Шухов представил свои рассуждения еще в одном впечатляющем научном трактате. Он отвечает на вопрос, как изменится вес резервуара, если из конструктивных соображений необходимо отойти от оптимальной высоты. Он установил, что при 10%-ном отклонении от заданной высоты в ту или иную сторону вес резервуара изменится лишь на доли процента.

Трудозатраты, связанные с выборкой трещин и заваркой выборок, значительны (в эти работы входит установка лесов, съем изоляции, шлифовка поверхностей и т. п.). Достаточно велика вероятность, что скорость роста возникающих трещин с течением времени значительно уменьшается и, весьма возможно, рост трещин прекращается на определенном этапе. С учетом этой оговорки следует признать промышленный эксперимент необходимым этапом при решении вопроса о ненужности ремонта. Подобный эксперимент дал положительный результат при изучении воздействия водяной очистки котлов на процесс развития системы трещин в поверхностях нагрева котлов [81]. Так при значительных напряжениях, возникающих от давления, и размахе номинальных напряжений у поверхности деталей, превышающем при водяной очистке предел текучести, образуется и развивается система трещин. Однако, как показывают результаты эксплуатации, после нескольких десятков тысяч циклов (при большом числе испытывавшихся деталей — труб теплообменников) в этих деталях сквозные трещины практически не возникают.

Четвертая модель состоит из одной оболочки. В этом случае подвод и отвод тепла задаются, в частности, функции температуры поверхности оболочки. В виде такой системы может быть представлен барабан парогенератора или металлоемкие части турбины при решении задачи о термических напряжениях, возникающих в динамических режимах (например, при пуске блока).

Вскоре после открытия углеродных нанотрубок было обнаружено, что свойством сворачивания обладает не только графит, но и многие другие соединения — нитриды и карбиды бора, халь-когениды, оксиды, галогениды и различные тройные соединения. В последнее время были получены и металлические трубки (Аи). Теоретически предсказывается возможность получения нанотрубок на основе C3N4, TiB2, MgB2, P, Si, Ge и полупроводников типа А3В5. Самоформирующиеся трехмерные наноструктуры типа нанотрубок на основе полупроводников и других веществ могут быть получены в результате самосворачивания тонких слоев в трубки-свитки [19]. В данном случае используется различие в остаточных напряжениях, возникающих в эпитаксиальном слое (растягивающие напряжения) и в подложке (сжимающие напряжения), что экспериментально показано на примере InGaAs/GaAs, SiGe/Si и др.

Детали, подвергающиеся длительной повторно-переменной нагрузке, разрушаются при напряжениях значительно меньших предела прочности материала при статическом нагружении. Это имеет большое^ значение для современных многооборотных машин, детали которых работают1 в условиях циклических нагрузок при общем числе циклов, достигающем за весь период службы машины многих миллионов. Как показывает статистика, около 80% поломок и аварий, происходящих при эксплуатации машин, вызвано усталостными явлениями.-Поэтому проблема усталостной прочности является ключевой для повышения надежности и долговечности машин. • „ . -

Несушая способность пластиковых подшипников определяется не столько их прочностью на сжатие, сколько ползучестью (возникновением остаточных деформаций при напряжениях, значительно меньших предела прочности на сжатие), температуростойкостью, коэффициентом линейного расширения, а главным образом конструкцией подшипника и колеблется в зависимости от этих факторов в очень широких пределах (к = 5 4- 50 кгс/см-).

Однако, как установлено практикой, в случае действия на элементы конструкций нагрузок, периодически изменяющихся во времени по величине или по величине и направлению, разрушение материала происходит при напряжениях, значительно меньших предельных значений. С подобными действиями нагрузок приходится встречаться, как правило, при расчетах движущихся элемен-

ных значений, соответствующих началу разрушения или появления остаточных деформаций. Однако многие детали машин, в частности валы, вращающиеся оси, зубчатые колеса, дорожки тел вращения подшипников, пружины и т. п., испытывают напряжения, циклически изменяющиеся во времени. В этих случаях разрушение деталей наступает при напряжениях, значительно меньших предельных значений.

Усталостный износ. Весьма часты случаи, когда деталь или несколько деталей, подвергающихся в течение продолжительного времени переменным нагрузкам, ломаются при напряжениях, значительно меньших, чем предел прочности материала детали. Под переменными нагрузками в данном случае понимают напряжения, которые возникают под действием усилий, многократно изменяющихся по величине или направлению, либо одновременно и по величине, и по направлению. Полное или частичное разрушение детали под действием напряжений, величина которых меньше предела прочности, называют усталостным износом. Усталостному разрушению предшествует появление трещин в виде острых надрезов, у дна которых создаются объемные напряженные состояния. В резуль-

конструкции так же важен, как и расчет на прочность. Более того, практика показала, что для тонких (гибких) стержней потеря устойчивости происходит при сжимающих напряжениях, значительно меньших предела текучести, и тем более предела прочности материала, т. е. при напряжениях еще не опасных с точки зрения прочности. Поэтому, для того чтобы избежать такого грозного явления, как потеря устойчивости, необходимо для длинных тонких центрально сжатых стержней производить расчет на устойчивость.

32.2.А. Неправильно. Прочность при переменных напряжениях значительно меньше, чем при постоянных и разрушение может происходить при напряжениях, которые даже меньше предела текучести.

Усталостный износ. Весьма часты случаи, когда деталь или несколько деталей, подвергающихся в течение продолжительного времени переменным нагрузкам, ломаются при напряжениях, значительно меньших, чем предел прочности материала детали. Под переменными нагрузками в данном случае понимают напряжения, которые возникают под действием усилий, многократно изменяющихся по величине или направлению, либо одновременно и по величине, и по направлению. Полное или частичное разрушение детали под действием напряжений, величина которых меньше предела прочности, называют усталостным износом. Усталостному разрушению предшествует появление трещин в виде осчрых надрезов, у дна которых создаются объемные напряженные состояния. В резуль-

Усталость материалов характерна только для деталей машин, испытывающих во время работы переменные напряжения. Опыты показывают, что детали машин, подвергающиеся длительное время переменным напряжениям, могут разрушаться при напряжениях, значительно меньших предела прочности ав, а во многих случаях даже меньших предела текучести ат данного материала детали при статическом напряжении. При этом разрушение происходит без заметных остаточных деформаций мгновенно, т. е. имеет ярко выраженный хрупкий характер даже в случае, если материал детали обладает высокой пластичностью.

Опыты показывают, что детали машин, длительное время подвергавшиеся действию переменных нагрузок, разрушаются при напряжениях значительно меньших, чем предел прочности ав.

Макронапряжения можно определять, используя слоистую теорию в форме, учитывающей температурные напряжения [17, 19J. Эти напряжения необходимо рассчитать и суммировать с напряжениями от действующей нагрузки. В противном случае слоистый композит разрушится при напряжениях, значительно меньших расчетных, определенных без учета остаточных напряжений. Межслойные трещины, инициированные остаточными напряжениями, можно наблюдать в материалах, изготовленных из высокомодульных волокнистых графитопластиков [65].