Определять напряжения

В приведенных таблицах указаны механические свойства стали, что также характеризует механические свойства сердцевины цементованного изделия. Если определять механические свойства цементованного изделия, то наличие твердой цементованной корки приводит к резкому снижению вязкости и повышению прочности в сравнении со свойствами сердцевины. Степень изменения этих свойств зависит от многих факторов и в первую очередь от уровня прочности сердцевины, соотношения к сечении площадей, занимаемых цементованным слоем и сердцевиной, от степени насыщения углеродом и т. д.

Как известно, под твердостью понимается способность металла сопротивляться проникновению в него через его внешнюю поверхность твердого, малодеформирующегося наконечника (индентора) в форме шара, конуса, пирамиды и др. Испытание на твердость, вернее на вдавливание, можно рассматривать как одну из разновидностей механических испытаний, при котором металл претерпевает последовательно три стадии нагружения: упругую, пластическую и разрушение. При этом в зависимости от того, в какой области производится вдавливание, можно определять механические характеристики сопротивления упругому, пластическому деформированию и разрушению.

Структурное состояние металлов и сплавов влияет на их электрические и магнитные характеристики. Благодаря этому оказывается возможным контролировать не только однородность химического состава, но и структуру металлов и сплавов, а также определять механические напряжения. Широко применяют вихретоковые измерители удельной электрической проводимости и другие приборы для сортировки металлических материалов и графитов по маркам (по химическому составу). С помощью вихретоковых приборов контролируют качество термической и химико-термической обработки деталей, состояние поверхностных слоев после механической обработки (шлифование, наклеп), обнару-

Тщательная тарировка системы и правильный выбор диапазона измерений позволяют определять механические характеристики материалов с достаточной точностью во всем интервале температур испытания.

Ранее указано, что повреждаемость в обоих полуциклах минимальна при таком сдвиге петли 0—е вверх, при котором максимальное и минимальное напряжения цикла находятся примерно в одинаковом соотношении с пределом текучести материала соответственно при температуре W и WE. При этом цикл на-гружения асимметричен как по напряжениям, так и по деформациям. Поскольку при неизотермическом натружении понятие симметричного и асимметричного цикла должно быть основано не только на величинах предельных напряжений и 'деформации: в цикле но и на соотношении долей повреждаемости, то и уравнения типа (5.87) —(5.90) для термической усталости оказываются непригодными. Кроме того, по-прежнему остается неясным при какой температуре следует определять механические свойства Е, гр, сгв, если температура в цикле изменяется от fmin

В координатах амплитуда, частота, время строятся трехмерные изображения магнитных, вибрационных, акустических и электромагнитных полей, изучается пространственное распределение неаддитивных сигналов и т.п. Представляет интерес диагностирование путем измерения ударных процессов, как правило, однозначно характеризующих возникновение дефекта внутри изделия. Метод ударных импульсов позволяет осуществлять диагностирование подшипников на основе регистрации и смену высокочастотных вибраций, обусловленных ударными процессами. Этот принцип реализован в приборе ИСП-1, который не только указывает на наличие дефекта, но и дает информацию о месте его возникновения. Установлено также, что по форме импульса, возникающего от удара падающего пьезопреобразователя на изделие, можно определять механические свойства поверхностного слоя материала изделия, его упругие и пластические деформации. Можно надеяться, что в будущем подобный метод будет успешно конкурировать с широко распространенными в настоящее время методиками контроля твердости изделий на приборах Бринелля, Роквелла и Вик-керса.

1.1.6. При изготовлении деталей из заготовок (полуфабриката), не имеющих сертификата, разрешается определять механические характеристики при расчетной температуре по результатам испытаний образцов, взятых из данной заготовки.

где Ктв — отношение условного предела текучести Оо,5 к временному сопротивлению металла труб ств (Ктв = о*о,5 / сгв). Считаем целесообразным, определять механические свойства по данным измерений твердости [100]. В некоторых случаях для оценки можно использовать следующую эмпирическую зависимость [36]:

В приведенных таблицах указаны механические свойства стали, что также характеризует механические свойства сердцевины цементованного изделия. Если определять механические свойства цементованного изделия, то наличие твердой цементованной корки приводит к резкому снижению вязкости и повышению прочности в сравнении со свойствами сердцевины. Степень изменения этих свойств зависит от многих факторов и в первую очередь от уровня прочности сердцевины, соотношения в сечении площадей, занимаемых цементованным слоем и сердцевиной, от степени насыщения углеродом и т. д.

Структурное состояние металлов и сплавов влияет на их электрические и магнитные характеристики. Благодаря этому оказывается возможным контролировать не только однородность химического состава, но и структуру металлов и сплавов, а также определять механические напряжения. Широко применяют вихретоковые измерители удельной электрической проводимости и другие приборы для сортировки металлических материалов и графитов по маркам (по химическому составу). С помощью вихретоковых приборов контролируют качество термической и химико-термической обработки деталей,

В гл. 4 излагается известная модель армированного слоя, позволяющая определять механические свойства материала на основании свойств составляющих его компонентов. Даны формулы для вычисления матрицы жесткости и коэффициентов поперечного сдвига многослойной армированной оболочки.

В дальнейшем метод Г.А. Николаева получил развитие в работах Н. О. Окерблома. Было предложено рассматривать не одно сечение, а ряд сечений на стадии нагрева и охлаждения. При этом для каждого сечения выполняют графические построения, аналогичные рассмотренным выше, с последовательным учетом накапливаемых пластических деформаций. Это позволяет более точно определять напряжения в процессе сварки, а остаточные напряжения в шве и околошовной зоне также оказываются равными пределу текучести металла. Однако осуществлять вручную графорасчетные построения для ряда сечений трудно, и поэтому метод Н. О. Окерблома нашел практическое применение лишь в последние годы при численной реализации его на ЭВМ.

Число сечений балки, подлежащих расчету, определяют в зависимости от схемы балки и размеров пролетов. В разрезных балках пролетом до 12м нормальные напряжения проверяют в одном сечении в середине пролета, а касательные напряжения - только на опоре. При этом приведенные напряжения по формуле (5) в табл.6.10 определяют в обоих сечениях. При пролетах более 12м и при переменном сечении балок помимо проверки сечений с максимальными усилиями, следует определять напряжения во всех местах перемены сечений.

Расчет. Плоскую прямую пружину схематически можно представить в виде бруса постоянного сечения, защемленного одним концом и нагруженного сосредоточенной нагрузкой Р (рис. 4.86). При расчете пружины необходимо определять напряжения в опасном сечении либо прогибы пружины в заданных точках (обратная задача: определить величину нагрузки Р, необходимую для того, чтобы пружина прогнулась на заданную величину).

Для оценки прочности необходимо уметь определять напряжения в любой точке сечения. Однако непосредственно из интегральных уравнений равновесия они не могут быть определены, поскольку неизвестен закон их распределения по сечению. С целью выявления этого закона вводят дополнительно ряд допущений (гипотез).

Таким образом, (17.4) представляет собой общую формулу для определения нормальных напряжений. По формуле (17.4) можно определять напряжения в сечениях бруса, расположенных на достаточном расстоянии от сечений, в которых приложены к брусу силы, и мест, связанных с резким изменением формы бруса. Например, для ступенчатого бруса, изображенного на рис. 127, из рассмотрения следует исключить участки бруса, выделенные волнистой линией. Здесь вопрос о распределении напряжений по сечению и их величине решается особым способом. Приведенное положение известно под названием принципа Сен-Венана.

Как было показано выше, в результате экспериментального-изучения закономерностей сопротивления деформированию при малоцикловом нагружении установлено существование обобщенной диаграммы циклического деформирования, которая позволяет описывать процесс знакопеременного деформирования в диапазоне мягкого и жесткого нагружении, т. е. в условиях нерегулярного-нагружения, когда SW <^ ?да <; / (eW) — для циклически упрочняющихся материалов, / (е*1') <; 5W <^ SW — для циклически разупрочняющихся материалов, обобщенная диаграмма дает возможность с достаточной точностью определять напряжения и деформации после /с-го полуцикла нагружения.

Релаксация напряжения. Закрепим верхний конец образца из эластомера, растянем его и через динамометр Д закрепим нижний конец (рис. 1.31, а). Будем отсчитывать показания динамометра через равные промежутки времени и по этим показаниям определять напряжения а, действующие в образце. Как показывает опыт, эти напряжения не остаются постоянными, а непрерывно падают от на-, чального значения сг0 до некоторой равновесной величины а^, достигаемой теоретически через t-+ оо (рис. 1.31, б). В этом состоит процесс релаксации (рассасывания) напряжений в эластомере. Количественно он описывается следующим приближенным уравнением: '••'•'

При растяжении (или сжатии) без изгиба суммарная деформация е равна е=0/?+еро+ер+а*- Первое слагаемое в правой части соответствует упругой деформации, второе — быстрая (практически мгновенная) пластич. деформация в момент приложения нагрузки; третье •— деформация П., растущая со временем; четвертое — температурная деформация (а — коэфф. линейного расширения, t — разность темп-р). Величины е и е определяются различными физич. процессами и потому их следует разграничивать. В условиях установившейся П. о, t, е от времени не зависят и потому de/c/T= =--rfep/rf-r, т. е. со временем меняется лишь е . Расчеты на П. позволяют определять напряжения, деформации и время работы в условиях П., исходя из св-в данного материала, задаваемых или графически — кривой П., или нек-рыми хар-ками сопротивления П. Такие расчеты проводят гл. обр. для стадии установившейся П., предполагая, что tp^>a!E. Существуют расчеты на П. для тонкостенных и толстостенных труб, пластин, вращающихся дисков, турбинных лопаток и диафрагм, фланцев, оболочек, пружин, валов и т. д. П. играет важнейшую роль для материалов паропроводов, паровых котлов, турбинных лопаток, частей атомных реакторов, ракет и др. деталей, длительно подвергаемых механич. и термич. нагрузкам и нагреву. Ввиду отсутствия в б. ч. случаев соответствия между кратковременными («статическими») испытаниями и испытаниями на П. оценка жаропрочных сплавов проводится в значит, мере по их сопротивлению П. П. сильно зависит от темп-ры и величины напряжения (с ростом этих двух величин П. возрастает приблизительно по экспоненциальному закону), от состава и структуры материала, иногда и от характера окружающей среды. Изменение темп-ры на 100—200° может изменить скорость П. в сотни и даже тысячи раз. Осн. хар-кой процесса служит кривая П., дающая опытную графич. зависимость удлинения 8 (б. ч. при растяжении) от времени т при постоянной нагрузке. На кривой П. (рис. 1) обычно различают Рис. 1. Кривые ползучести: о ГТЯ1ТИТГ npnT,vin а — типичная кривая пол- й стаДии- первую, зучести; б — скорость пол- или неустановив-зучести, полученная диф- шуюся, — скорость ференцированпем кривой а. п (определяемая тангенсом угла наклона кривой к горизонтали), постепенно убывающую вследствие процессов упрочне-

Для расчета натяга можно воспользоваться уравнениями Ламе, позволяющими определять напряжения и перемещения в толстостенном цилиндре.

Цилиндры с многосвязным контуром поперечного сечения при наличии градиента температуры. Механическая аналогия, разработанная Мусхелишвили и Био, позволяет определять напряжения в многосвязных цилиндрах, вызываемые стационарным потоком тепла из продольных каналов. Форма поперечного сечения цилиндра может быть очень сложной. Поэтому решение задачи путем непосредственного нагрева модели сопряжено с техническими трудностями. С другой стороны, механическое решение, основанное на аналогии, является строгим и простым, но в этом случае требуется специальное устройство (деформатор) для создания нужных деформаций в модели из оптически чувствительного материала.

*) Для исследования таких задач успешно применяют метод^ «замораживания» с последующим «размораживанием» [15*, 16*], который позволяет определять напряжения как при равномерном, так и при неравномерном изменении температуры (усадке) по объему детали.— Прим. перев.