Пределами упругости

Материалом для них обычно служат конструкционные стали с высокими пределами выносливости (a-i>350 МПа) и твердостью после улучшения НВ>300 (см. табл. 8.1).

Многочисленными опытами установлено, что между пределами выносливости при изгибе (d_i), кручении (T_J) и растяжении-сжатии (о_1р) в случае симметричных циклов имеют место для некоторых материалов определенные соотношения. Примерные их значения следующие: при растяжении-сжатии ст_1р == = 0,7 а_! (для сталей) и о_1р = 0,65 o_t (для чугуна); при кручении T_t = 0,55 о_! (для сталей и легких сплавов) и т^ = 0,8 CT_J (для чугуна).

Пределы выносливости (o_j)D и (^^^о конкретной детали связаны с пределами выносливости a_t и т_, стандартного образца зависимостями:

является соотношение между пределами выносливости, определенными при растяжении-сжатии aPjc, изгибе a t и кручении a_KjP. Известно, что испытание на изгиб усталости металлов — более "мягкий" вид нагружения, и при переходе^на циклические испытания при растяжении—сжатии или кручении уровень предела выносливости, как правило, в большей или меньшей степени снижается. В табл. 32 дано сопоставление пределов выносливости, определенных при различных видах нагружения сплавов.

Зависимости между долговечностью и характеристиками механических свойств отличаются от аналогичных зависимостей между пределами выносливости и теми же характеристиками механических свойств. Влияние отдельных характеристик механических свойств на долговечиэсть меняется в зависимости от степени циклической перегрузки и уровня действующих напряжений.

ются от аналогичных зависимостей между пределами выносливости и теми же характеристиками механических свойств.

Для определения Ni в координатах N—\gN строят три кривые усталости (кривые А, В, С на рис. 25) с пределами выносливости а^р о?р o^j . При контрольных испытаниях за кривые А, В и С принимаются теоретические кривые, соответствующие медианному значению усталостной долговечности и их Y и 1—у Уровня значимости. По этим кривым определяют значения числа циклов, соответствующих точке пересечения каждой кривой с уровнем заданных амплитуд напряжений аг-. По

Теоретические коэффициенты концентрации напряжений и градиенты напряжений в зависимости от глубины t и радиуса р надреза в бесконечной пластине даны в табл. 5. Значения минимумов на кривых рис. 30 находятся в хорошем соответствии с пределами выносливости по трещинообразовя-нию. Отметим, что при постоянной глубине t=2,0 мм ниже некоторого градиента напряжения на кривых не наблюдается ни максимума, ни минимума. Поэтому можно сделать вывод, что для надежного расчета предела выносливости по разрушению на основании максимума теоретической кривой нераспространяющейся усталостной трещины необходимо использовать кривую, построенную для глубокого и острого надреза.

Зависимость размера нераспространяющейся усталостной трещины от номинального напряжения при различных теоретических коэффициентах концентрации напряжений показаны на рис. 31. Наибольший интерес представляет участок кривой между минимумом и максимумом, так как именно он характеризует интервал между пределами выносливости по трещино-образованию и разрушению. При постоянной глубине надреза наклон этого участка увеличивается, длина трещины, соответствующая максимуму, также увеличивается, а напряжение, соответствующее минимуму, практически не зависит от теоретического коэффициента концентрации напряжений аа . Кривизна

Таким образом, интервал между пределами выносливости образцов, охлажденных на воздухе и в воде после отпуска при одной и той же температуре, является областью существования нераспространяющихся усталостных трещин для исследованного материала при наличии определенного уровня остаточных .напряжений. Увеличение остаточных сжимающих напряжений .приводит к существенному увеличению области существования нераспространяющихся усталостных трещин (см. табл. 14). С увеличением остаточных напряжений сжатия изменяются и критические коэффициенты концентрации напряжений. Для образцов из исследованной стали с остаточными напряжениями —470, —380 и —270 МПа значения акр составляют 1,2; 1,4 и 1,75 соответственно.

выносливости по разрушению и трещинообразованию образцов с различными концентраторами напряжений (рис. 64, а). Для образцов в исходном (ненаклепанном) состоянии с увеличением коэффициента концентрации напряжений происходит сначала резкое снижение предела выносливости по разрушению, а затем после достижения некоторого критического уровня его стабилизация (кривая Л/СС). Пределы выносливости по трещинообразованию в докритической области (аа <аскр) совпадают с пределами выносливости по разрушению, а в закритической области (а0>а0кр) продолжают снижаться (кривая АКБ).

Весьма перспективно исследование полей напряжений с помощью оптически чувствительных покрытий, выполненных в виде приклеиваемых пластинок толщиной 1 ... 3 мм или тонких покрытий, которые наносят в жидком виде и потом полиме-ризуют. Поляризационно-оптический метод используют для исследования напряжений: за пределами упругости, температурных, при динамических воздействиях.

В этих случаях (за пределами упругости) степень превышения напряжений и деформаций оценивается коэффи-

1) В курсе «Сопротивление материалов» для техникумов не рассматривается расчет элементов, работающих за пределами упругости.

фектами, неучитываютфактор механической неоднородности. Этот недостаток в условиях упругой работы конструкции в целом не искажает общей картины ее напряженного состояния, однако полностью исключает использование данных подходов за пределами упругости. В данном случае общеизвестные нормы смещения кромок, регламентируемые нормативными документами для большинства сварных соединений, не отражают действительного баланса между критическим снижением работоспособности конструкции из-за наличия рассматриваемого дефекта и увеличением трудоемкости изготовления при его устранении. В технологии изготовления большинства оболочковых конструкций допустимое смещение свариваемых кромок составляет 10 % от толщины стенки. При этом регламентируется также и максимальная величина смещения в абсолютном выражении. Например, для толстостенных конструкций в соответствии с нормативными документами /1, 2 и др./ данная величина не должна превышать 3 мм. В условиях монтажа негабаритных емкостей, газгольдеров и других конструкций достаточно сложно придерживаться имеющихся нормативов по допустимым величинам смещения кромок. Вместе с этим требуется учет влияния механической неоднородности, так как практически все сварные швы представляют собой мягкие, либо твердые прослойки.

Однако, при испытании данных соединений, в силу специфики их деформирования за пределами упругости (например, линия разветвления пластического течения металла ^-образной мягкой прослойки не совпадаете осью симметрии соединения, см. соотношение (3.36) и рис. 3.25). возникает пластический изгиб образцов, изменяющий схему нагружения и приводящий к искажению получаемых значений GB/Q\. Одним из приемов, позволяющих компенсировать пластический изгиб образцов, является способ их испытаний, основанный на использовании контейнера.

Другим методом, позволяющим предотвратить изгиб образцов при их нагружении за пределами упругости, является рациональное изменение схемы приложения усилия к образцу, не приводящее к возникновению изгибных напряжений /112/. Последнее имеет место, если продольная ось, проходящая через точки шарнирного закрепления образцов в захватах испытательной машины, является продолжением линии разветвления пластического течения металла F-образной мягкой прослойки.

§ 4. РАСЧЕТ НА КРУЧЕНИЕ ЗА ПРЕДЕЛАМИ УПРУГОСТИ

§6. РАСЧЕТ НА ИЗГИБ ЗА ПРЕДЕЛАМИ УПРУГОСТИ

§ 4. Расчет на кручение за пределами упругости..... 190

§ 6. Расчет на изгиб за пределами упругости...... 206

Классическим примером в этом отношении может служить теория напряжений и деформаций в идеальном однородном теле, когда в точке тела выделяется бесконечно малый элемент в виде параллелепипеда и рассматривается его напряженное состояние. Связь между деформациями и напряжениями описывает закон Гука. Развитие этого подхода с учетом возникновения пластических деформаций позволяет найти зависимости между напряжениями и деформациями и за пределами упругости [111]. Необходимость учитывать реальные особенности строения материалов привела к созданию таких наук, как металловедение, которая изучает и устанавливает связь между составом, строением и свойствами металлов и сплавов. Для материаловедения как раз характерно рассмотрение явлений, происходящих в пределах данного участка (зерна, участка с типичной структурой), обладающего основными признаками всего материала. Изучение микроструктур сплавов и их формирования явлений, происходящих по границам зерен, термических превращений и других процессов, проводится в первую очередь на уровне, который описывает микрокартину явлений.