Появление растягивающих

Появление пластических деформаций не является во всех случаях недопустимым. Опыт применения прессовых посадок свидетельствует о том, что надежные соединения могут быть получены и при наличии некоторой кольцевой пластической зоны вблизи внутренней поверхности втулки. Давление на поверхности контакта при наличии пластических деформаций можно определять по приближенным формулам:

При работе тяжело нагруженных тихоходных передач, колеса которых изготовлены из мягкой стали, на поверхности зубьев возможно появление пластических деформаций с последующим сдвигом в направлении скольжения. Такое явление, называемое пластическим сдвигом, приводит к тому, что у полюсной линии зубьев ведущего колеса образуется канавка, а у зубьев ведомого — хребет,

высят предел текучести материала, то в. стержне помимо упругих появятся пластические деформации,-т. е. .он начнет пластически сжиматься (подсаживаться). Если'после такого обжатия охладить стержень до начальной температуры, то его длина окажется короче по сравнению с исходной на величину пластического обжатия Д/пл. При нагреве стального стержня выше 100°С в нем возможно появление пластических деформаций.

где н?тах^, для нормализованных или улучшенных колес и •Кн1тах^1,8 для колес с поверхностной закалкой, цементацией и др. При указанных значениях Кн/тах исключается появление пластических деформаций на поверх- ^ ности зуба; N Нд — число циклов на-пряжений, соответствующее пределу . контактной выносливости:

Рис. 9. Теоретическая кривая напряжение — деформация и соответствующие изолинии октаэдрического касательного напряжения для бороалюми-ниевого композита, v( = 70%. квадратная укладка; напряжения в фунт/дюйм2, деформации в % (по Адамсу [2]). а — появление пластических деформаций, б — начало разрушения.

Рис. 10. Теоретическая кривая напряжение — деформация и соответствующие изолинии октаэдрического касательного напряжения для бороэпоксид-ного композита, о{ = 70%, квадратная укладка; напряжения в фунт/дюйм2, деформации в % (по Адамсу [2]). а — появление пластических деформаций, б — кажущийся предел упругости, в — начало разрушения.

Случайное сопряжение поверхностей ведет к статистической неопределенности. После сборки каждый раз снова происходит «приработка», т. е. появление пластических деформаций в точках максимальных местных напряжений.

Напряжения и деформации в зоне концентрации значительно больше, чем в мембранной зоне. Если даже в мембранной зоне напряжения не превышают предела текучести материала, в зонах концентрации напряжений возможны упругопластические деформации и временные процессы (релаксация, ползучесть). В свою очередь, появление пластических деформаций при нагрузке приводит к возникновению остаточных напряжений и соответствующих им деформаций при разгрузке.

Как следует из результатов гл. 3—5, обоснованный анализ местных напряжений, оценки прочности и ресурса конструкций АЭС с ВВЭР требует использования уточненных подходов, позволяющих получить распределение напряжений и деформаций в зонах концентрации. Такие подходы оказьшаются необходимыми особенно при температурных нагрузках, когда возникают трудности даже при определении номинальных напряжений вследствие неоднородных температурных полей и теплофизических свойств как по толщине корпуса сосуда давления, так и вдоль их образующей. Эти трудности усугубляются при анализе местной напряженности в зонах концентрации, где при коэффициентах концентрации, превышающих 3 единицы (корпус реактора - патрубковая зона, тройниковые соединения трубопроводов), возможно появление пластических деформаций. В связи с этим условно-упругие напряжения, соответствующие пластическим деформациям, оказываются значительно выше упругих, полученных через номинальные напряжения и теоретические коэффициенты концентрации.

При корректировании графика коэффициента динамичности, принятого в нормах, предполагалось, что имеется много неучтенных факторов, которые снижают величину расчетной сейсмической нагрузки. К таким факторам, в частности, можно отнести диссипацию энергии в конструктивных соединениях, появление пластических деформаций в отдельных элементах конструкций и резкое увеличение диссипативных сил при развитии пластических деформаций, волновые процессы и прочее. В дальнейших формулах сохраним коэффициент 1,4.

Методы расчета на прочность. Прежде чем приступить к расчету на прочность, следует выяснить характер внешних нагрузок (постоянная, циклическая и т. д.) и деформационную способность конструкционного материала (пластичный, с ограниченной пластичностью, хрупкий и т. д.). Основные элементы теплообменных аппаратов работают, как правило, в условиях спокойных нагрузок и выполняются из пластичных материалов. Количество тепло-смен за срок службы аппарата определяется в основном числом пусков — остановок (для большинства стационарных установок их частота невелика). В подобных случаях прочностные возможности конструкции правильнее оценивать по предельным нагрузкам, так как оценка прочности по максимальным напряжениям дает несколько завышенный результат. Однако метод предельных нагрузок применять нельзя, если нагрузка носит циклический характер или недопустимо (например, по коррозионным соображениям) появление пластических зон в металле, а также если искомой величиной является деформация. В этих случаях применяют упругий метод расчета,

Увеличение дозы облучения (кривые 3, 4) вызывает полное снятие сжимающих и появление растягивающих напряжений с максимумом на глубине 0,25 мкм. С уменьшением глубины слоя растягивающие напряжения уменьшаются, переходя в напряжения сжатия в самых тонких слоях. Приведенные результаты свидетельствуют о том, что ионная имплантация инициирует развитие процессов релаксации остаточных напряжений в тонком поверхностном слое, при этом на глубине 0,25 мкм появляются растягивающие напряжения. Однако при увеличении дозы облучения растягивающие напряжения исчезают, а сжимающие в слое до 1,5 мкм вновь возрастают, достигая примерно исходной величины. Релаксация напряжений связана с пластической деформацией, которая вызывается ионной имплантацией в приповерхностном слое титановых сплавов. Этот вывод согласуется с результатами электронно-микроскопических исследований дислокационных структур а-же-леза, формирующихся в приповерхностном слое при ионной имплантации и в пластически деформированных образцах, показывающих полное тождество таких структур [85]. При этом установлено также увеличение плотности дислокаций с увеличением дозы имплантируемых ионов, что может служить косвенным объяснением увеличения сжимающих напряжений, наблюдавшегося при исследовании имплантированных образцов титановых сплавов при максимальной дозе облучения.

В процессе удаления водорода из покрытия возможно появление растягивающих напряжений растяжения, что вызывает появление сетки трещин. Обратимый характер водородной хрупкости наблюдается при содержании Н2 до 0,5 см3/100 г. При содержании его выше 5—8 см3/ 100 г jco6eHHo высокопрочные стали приобретают тенденцию к необратимой хрупкости. Появление необратимой хрупкости связано с накоплением молекулярного водорода в дефектах кристаллической решетки

Модель механизма зарождения трещины в композиции «основной металл — покрытие» при циклическом нагружении предложена в работах [11, 50]. Схема (рис. 3.4) основана на предположении, что покрытие блокирует дислокации в поверхностном слое основного металла и стесняет развитие пластической деформации. При нагружении источник дислокаций 3 начинает функционировать, испуская дислокации. Граница «покрытие — основной металл» блокирует дислокации, создавая локальные повышения их плотности. В микрообъеме, непосредственно прилегающем к границе, образуется плоское скопление краевых дислокаций, причем они могут находиться на столь близком расстоянии друг от друга, что их экстраплоскости сливаются, вызывая появление растягивающих напряжений оп. Если покрытие достаточно хрупкое, то растягивающие напряжения приводят к возникновению в покрытии микротрещин, распространяющихся в основной металл.

Пекк [132], а также Пекк и Гартман [134] и другие провели обстоятельное исследование дисперсии в слоистых композиционных материалах. В результате было установлено, что в процессе прохождения волны разрывное распределение напряжений сглаживается, может образоваться выброс напряжений, и что начальный импульс сжимающих напряжений может вызвать появление растягивающих напряжений. Эти эффекты становятся понятными, если учесть, что локальные неоднородности частично отражают разрывный импульс напряжений при его переходе через границы раздела слоев. Многократное отражение в каждом слое приводит к задержке части импульса и к его расширению. Кроме того, локальные неоднородности могут привести к изменению знака напряжений в отраженной волне и вызвать увеличение напря-

Величину сжимающих напряжений на поверхности индукционные приборы фиксируют надежно, но появление растягивающих (и, следовательно, наиболее опасных) напряжений может быть пропущено. Этот вывод был подтвержден исследованиями изменений показаний приборов при послойном стравливании наклепанного слоя. Некоторые данные из этих же исследований представлены на рис. 7-24. Испытания проводились прибо-

Исследованию влияния предварительного нагружения при нормальных температурах на низкотемпературную прочность конструкций, содержащих острые надрезы, посвящены работы /29, 32, 39/, в которых сделан вывод, что пластическая деформация повышает прочность конструкций, если разгрузка не сопровождается повторным пластическим деформированием в ве$ь шине трещины, обусловливающим появление растягивающих остаточных напряжений.

Взаимодействие встречных волн разгрузки приводит к появлению в образце исследуемого материала области растягивающих напряжений. Возрастание их до критического уровня, определяемого законом изменения напряжений в плоскости, которая рассматривается, приводит к развитию разрушения. Наиболее вероятным будет разрушение в области более длительного действия растягивающих напряжений, т. е. при низкой интенсивности нагрузки в области пересечения последних характеристик разгрузки С+ и С_ семейств, где наблюдается наиболее раннее появление растягивающих напряжений. При высокой интенсивности волны нагрузки изменение скорости свободной поверхности образца определяется развитием разрушения в области некоторой точки на последней характеристике волны разгрузки С_ (разрушение в этой области приводит к изменению, скорости свободной поверхности, регистрируемой экспериментально) [12]. До начала разрушения волна разгрузки С+ свободно проходит, не искажаясь, к свободной поверхности, снижая ее скорость. Развитие разрушения искажает волну разгрузки при ее прохождении через область разрушения, а появление отколь-ной поверхности отсекает часть волны разгрузки выше характеристики С+, проходящей через точку разрушения на диаграмме (х, t), прекращая снижение скорости поверхности. Снижение уровня растягивающих напряжений в области откольного разрушения приводит к генерированию волны нагрузки, движущейся от поверхности откольного разрушения в обе стороны. Выход этой волны нагрузки (откольного импульса S+) на свободную поверхность повышает ее скорость.

Взаимосвязь макронапряжений с технологическими факторами. Технологические факторы (методы и режимы обработки, геометрия и износ режущего инструмента, СОЖ и др.) оказывают большое влияние на величину и знак остаточных напряжений. Точение обычно вызывает появление растягивающих напряжений величиной до 30—70 кгс/мм2, глубина распространения их находится в пределах от 50 до 200 мкм в зависимости от условий обработки. При фрезеровании возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения, последние более характерны для попутного фрезерования жаропрочных сплавов. Фрезерование титановых сплавов чаще всего сопровождается образованием сжимающих напряжений. В процессе шлифования, как правило, создаются растягивающие напряжения. Величина и знак макронапряжений после механического полирования зависят от предшествующей обработки, но в большинстве случаев полирование способствует наведению незначительных сжимающих напряжений (до 20— 30 кгс/мм2).

Для иллюстрации возможностей разработанных алгоритмов приведем результаты расчетов элементов двухслойной конструкции, выполненных из стекла и стали, полученные для случая воздействия короткой подводной волны, длина которой приблизительно равна толщине слоя. При этом в стенке возникают интенсивные волны окружных (рис. 2) и радиальных напряжений, уровень которых может более чем в 6 раз превышать амплитудное значение давления в падающей волне. Появление растягивающих и сдвиговых напряжений, соизмеримых с давлением падающей волны, может привести к отрыву слоев, разгерметизации конструкции и ее разрушению.

слой становится темным. Такой слой металла характеризуется уменьшением удельного объема и, следовательно, вызывает появление растягивающих остаточных напряжений. Внешнее давление обрабатывающей пластины при электромеханической обработке создает касательно направленную силу трения, которая способствует вытягиванию наружных волокон металла и образованию текстуры в поверхностном слое, что приводит к возникновению растягивающих остаточных напряжений. Избежать этого можно применением вращающегося ролика вместо пластины.

Увеличение дозы облучения (кривые 3, 4) вызывает полное снятие сжимающих и появление растягивающих напряжений с максимумом на глубине 0,25 мкм. С уменьшением глубины слоя растягивающие напряжения уменьшаются, переходя в напряжения сжатия в самых тонких слоях. Приведенные результаты свидетельствуют о том, что ионная имплантация инициирует развитие процессов релаксации остаточных напряжений в тонком поверхностном слое, при этом на глубине 0,25 мкм появляются растягивающие напряжения. Однако при увеличении дозы облучения растягивающие напряжения исчезают, а сжимающие в слое до 1,5 мкм вновь возрастают, достигая примерно исходной величины. Релаксация напряжений связана с пластической деформацией, которая вызывается ионной имплантацией в приповерхностном слое титановых сплавов. Этот вывод согласуется с результатами электронно-микроскопических исследований дислокационных структур а-же-леза, формирующихся в приповерхностном слое при ионной имплантации и в пластически деформированных образцах, показывающих полное тождество таких структур [85]. При этом установлено также увеличение плотности дислокаций с увеличением дозы имплантируемых ионов, что может служить косвенным объяснением увеличения сжимающих напряжений, наблюдавшегося при исследовании имплантированных образцов титановых сплавов при максимальной дозе облучения.

на отрыв (рис. 73). Это может произойти вследствие релаксации касательных напряжений вдоль границ зерен при их перемещении в области стыка, в результате чего возникает концентрация напряжений, вызывающая появление растягивающих усилий. Так же можно объяснить процесс зарождения и развития трещин внутри зерна. В этом случае напряжения концентрируются вдоль плоскости скольжения.