Напряжения обусловленные

Контактные напряжения образуются в месте соприкосновения двух тел в тех случаях, когда размеры площадки касания малы по сравнению с размерами тел (сжатие двух шаров, шара и плоскости, двух цилиндров и т. п.). Если значение контактных напряжений больше допускаемого, то на поверхности деталей появляются вмятины, борозды, трещины или мелкие раковины. Подобные повреждения наблюдаются у зубчатых, червячных, фрикционных и цепных передач, а также в подшипниках качения.

Значительные напряжения образуются в поверхностных слоях в процессе механической обработки. Пластический сдвиг и разрушение металла при снятии стружки сопровождаются возникновением в близлежащих слоях остаточных напряжений разрыва. Чем грубее обработка, т. е. чем больше толщина снимаемого слоя и усилия резания, тем выше остаточные напряжения (при грубом точении стали возникают остаточные растягивающие напряжения 80-100 кгс/мм2). К механическим напряжениям-дрисоеди-няются термические напряжения, являющиеся результатом тепловыделения в зоне резания, а также напряжения, возникающие в результате структурных и фазовых превращений в очагах повышенного тепловыделения.

Высокие местные напряжения возникают в сварных соединениях при остывании и усадке расплавленного металла шва. Локальные напряжения образуются также в зоне дефектов шва (непровары, подрезы, рыхлоты, включения окислов, шлаков и т. д.).

образуются новые структуры с разрушением и переориентацией зерен в направлении действующих сил, развиваемых обрабатывающим инструментом. Изменение структуры поверхностного слоя и остаточные напряжения приводят к возникновению вблизи поверхности зон остаточных напряжений сжатия и растяжения и развитию межкристаллических областей с образованием микропор. Остаточные напряжения первого рода являются одной из важнейших характеристик качества поверхности трения. В табл. 2.1 приведены данные о величине и знаке этих напряжений при механической, термической и химикотермической обработке некоторых углеродистых и легированных сталей 31].

Харрингтон и др. [114], а также Елпатьевский и Васильев [92] независимо рассмотрели межслоевые касательные напряжения, возникающие в прослойке связующего, соединяющей два соседних слоя, у которых оси симметрии материала пересекаются под острым углом. Они установили, что эти напряжения образуются вследствие тенденции слоев к взаимному закручиванию, при этом один слой закручивается по часовой стрелке, а другой — против. В результате в такой структуре возникает самоуравновешенная система касательных напряжений.

Отметим в заключение, что большое различие в термическом расширении может существенно повлиять на прочность композитов с дисперсией частиц большого размера вследствие наличия трещин, образующихся в процессе изготовления. Хотя одинаковые остаточные напряжения образуются и в композитах, содержащих дисперсные частицы меньшего размера, трещины в процессе изготовления не образуются и можно получить упрочнение стеклянной матрицы такими дисперсными частицами несмотря на большое, различие в термическом расширении. Таким образом, как отмечено ранее, можно получить оптимальную прочность композита путем введения дисперсной фазы, состоящей из частиц малого размера.

(а) Остаточные напряжения. Остаточные напряжения образуются в неоднородных сплавах при охлаждении ниже температуры выплавки или при пластической деформации, когда температура ниже необходимой для их снятия. Вычисления, основанные на простых моделях, состоящих из упругих шариков и цилиндров или отдельного упругого включения в бесконечной упругопласти-ческой матрице, показывают, что величина термонапряжений не зависит от размера частицы [54, 58]. После охлаждения равномерно рассеянные частицы находятся в условиях сжатия, если коэффициент термического расширения у матрицы больше этого коэффициента у частиц, что часто характерно для систем, состоящих из твердых включений в металлической матрице. Такое напряженное состояние может способствовать разрушению хрупкой матрицы, однако оно препятствует возникновению трещин в частицах. (Как отмечено в [12], наличие включений сульфидов кальция и магния, имеющих больший коэффициент термического расширения, чем у матрицы, может, по-видимому, приводить при охлаждении к образованию пор у поверхностей раздела.) Влияние повышения концентрации включений обсуждалось в связи с энергией деформации точечных дефектов в кристаллах. Имеются решения, основанные на континуальной теории дефектов кристаллической решетки [25].

По теории Тейлора величина мгновенного предела текучести (сопротивления деформации) определяется внутренними напряжениями, которые мешают движению дислокаций. Дислокации, задерживаясь в кристаллах, постепенно создают внутренние напряжения, образуются дислокационные стенки и скопления, повышается величина сопротивления деформации данного материала.

Режимы обкатки или другого вида поверхностного упрочнения необходимо выбирать такими, при которых упрочнение не сопровождается брльшим нагревом обрабатываемой поверхности, поскольку остаточные напряжения образуются в результате суммарного воздействия пластической деформации, нагрева и фазовых превращений в металле. Если температура при накатке не превышает 150—180° С, то термопластические деформации не возникают и максимальные напряжения сжатия располагаются у самой поверхности детали.

Значительные напряжения образуются в поверхностных слоях-в процессе механической обработки. Пластический сдвиг и разрушение металла при снятии стружки сопровождаются возникновением в близлежащих слоях остаточных напряжений разрыва. Чем грубее обработка, т. е. чем больше толщина снимаемого слоя и усилия резания, тем выше остаточные напряжения (при грубом точении стали возникают остаточные растягивающие напряжения 80 — 100 кгс/мм2). К механическим напряжениям присоединяются термические напряжения, являющиеся результатом тепловыделения в зоне резания, а также напряжения, возникающие в результате структурных и фазовых превращений в оЧагах повышенного тепловыделения.

Высокие местные напряжения возникают в сварных соединениях при остывании и усадке расплавленного металла шва. Локальные напряжения образуются также в зоне дефектов шва (непровары, подрезы, рыхлоты, включения окислов, шлаков и т.д.).

Так как напряжения вызываются разными причинами, то различают временные напряжения, обусловленные действием внешней нагрузки и исчезающие после ее снятия, и внутренние остаточные напряжения, возникающие и уравновешивающиеся в пределах тела без действия внешней нагрузки.

Этот способ устраняет первоисточник усадочных напряжений, так как в каждый данный момент температура всех частей отливок одинакова. Напряжения, обусловленные торможением формы предотвращают, применяя податливые стержни.

В сварном шве и околошовной зоне возникают внутренние напряжения, обусловленные усадкой материала при остывании и вызывающие коробление изделия.

Кулачок и ведомое звено должны быть рассчитаны так, чтобы кон» тактные напряжения, обусловленные силами их взаимодействия, не превышали допускаемых, т. е. чтобы при всех положениях механизма соблюдались условия

Стали типа 15Х5М относятся к числу термически стабильных. Однако при длительном воздействии высокой температуры в сварных разнородных соединениях могут образовываться переходные прослойки, обусловленные диффузионном перераспределением в них диффузионно-подвижных элементов. Исследования, проведенные Н.М. Королевым во ВНИИнефтемаше, показали, что интенсификацию диффузионных процессов вызывают циклические термические напряжения, обусловленные различием температурных коэффициентов линейного расширения аустенитного шва и основного металла. Помимо термических напряжений действуют также напряжения, возникающие вследствие наличия закаленных участков в околошовных зонах. Мартенситная пересыщенная структура закалки всегда обладает более высокой свободной энергией, чем равновесные фазы с таким же номинальным составом, т.е. околошовные зоны термического влияния закаливающейся стали характеризуются более структурно-напряженным состоянием. Как известно, напряженное состояние металла значительно влияет на скорость диффузионных процессов и их коррозионную стойкость.

Касательные напряжения, обусловленные поперечной силой Q, распределены по сечению равномерно, их эпюра изображена на рис. 2.49, а. Касательные напряжения, обусловленные крутящим моментом, достигают наибольшего значения у края сечения, их эпюра изображена на рис. 2.49, б. Из суммарной эпюры касательных напряжений (рис. 2.49, в) видно, что максимальное напряжение возникает в точках сечения, расположенных ближе к оси пружины, т. е. на внутренней части контура сечения витка:

Балки рассчитывают на прочность по наибольшим нормальным напряжениям, возникающим в их поперечных сечениях. При поперечном изгибе балок наряду с нормальными возникают и касательные напряжения, обусловленные наличием поперечной силы, но они в подавляющем большинстве случаев невелики и при расчетах на прочность не учитываются.

Пластическая холодная деформация (ниже температуры рекристаллизации) вызывает искажения пространственной решетки. Внутренние напряжения, обусловленные искажением решетки, затрудняют процессы намагничивания и размагничивания ферромагнитных металлов. Магнитная проницаемость при наклепе понижается и тем значительнее, чем больше степень обжатия, коэрцитивная сила, наоборот, возрастает с повышением степени обжатия. Ввиду того, что проницаемость зависит от напряженности поля и меняется на всем протяжении кривой намагничивания, для ха-

По характеру и охватываемым объемам остаточные температурные напряжения и напряжения, обусловленные пластической деформацией, относятся к напряжениям первого рода. Однако из-за неодинакового тепловыделения на смежных участках обрабатываемой поверхности и различной степени пластической деформации возникают

Пластическая холодная деформация (ниже температуры рекристаллизации) вызывает искажения пространственной решетки. Внутренние напряжения, обусловленные искажением решетки, затрудняют процессы намагничивания и размагничивания ферромагнитных металлов. Магнитная проницаемость при наклепе понижается и тем значительнее, чем больше степень обжатия, коэрцитивная сила, наоборот, возрастает с повышением степени обжатия. Ввиду того, что проницаемость зависит от напряженности поля и меняется на всем протяжении кривой намагничивания, для ха-

эффициента 'кинематической вязкости; Хп, тт — касательные напряжения, обусловленные соответственно вязкостным трением и турбулентным 'перемешиванием жидкости. Для области плоского потока, достаточно удаленной от стенки, VT>V, а т=тт. Тогда в соответствии с (5-41) турбулентную составляющую коэффициента кинематической вязкости можно представить зависимостью