Зависимость напряжение

Зависимость напряжения источника питания от силы тока нагрузки называется внешней характеристикой источника питания. Рассмотрим условия устойчивого состояния системы (устойчивого горения сварочной дуги).

Рис. 5.3. Статическая вольт-амперная характеристика дуги (а) и зависимость напряжения дуги UR от ее длины Ln (б)

Источники тока для питания сварочной дуги должны иметь специальную внешнюю характеристику. Внешней характеристикой источника называется зависимость напряжения на его выходных клеммах от тока в электрической цепи. Внешние характеристики могут быть следующих основных видов: падающая /, полого-падающая 2, жесткая 3 и возрастающая 4 (рис. 5.4, а). Источник тока выбирают в зависимости от вольт-амперной характеристики дуги, соответствующей принятому способу сварки.

Обратная кубическая зависимость напряжения от диаметра болта [формула (143)] обусловливает резкое возрастание напряжений, возникающих при затяжке, с уменьшением диаметра болта. При затяжке вручную можно создать в болтах малого диаметра чрез-мерные напряжения, вытянуть и даже порвать их. л

Найдем зависимость напряжения от крутящего момента. В соотношение (11.16) вместо 6 подставим его значение из соотношения (11.18):

Зависимость напряжения в сварочной дуге от ее длины описывается уравнением Ua=a+bLd, где а — сумма падении напряжения в прикатодной и прианодной областях, В; La— длина столба дуги, мм; Ь — удельное падение напряжения в дуге, отнесенное к 1 мм столба дуги, В/мм.

Рис. 28. Вольт-амперная характеристика дуги (а) » зависимость напряжения дуги Ud от ее длины Ld(&>

При растяжении плоских образцов с центральной" сквозной трещиной перед наступлением критического состояния равновесии (когда трещина начинает быстро лавинообразно распространяться нрн постоянной внешней нагрузке) почти всегда наблюдается стадия медленного устойчивого докритичесиого роста трещины. Это медленное подрастание трещины, хорошо известное экспериментаторам, приводит к тому, что критическая длина трещины 1С превышает исходную длину /0 на 30, З'д а то и па 100% в зависимости от свойств материала и длины исходной трещины. Зависимость напряжения в неослабленном сечении образца от длины устойчивой трещины принято называть докрптическон диаграммой разрушения. Стадии медленного роста трещины придается настолько большое значение, что при исследовании механических свойств материалов предлагается дополнят], диаграммы деформации диаграммами разрушения 150, 109. 110, 140. 20."), .4151.

Величина остаточного удлинения после разрыва образца, выраженная в процентах, обозначается 6. Соответственно остаточное уменьшение площади поперечного сечения шейки после разрыва образца в процентах обозначается г>. Величины б (%) и i) (%) наряду с а„ и ат являются важными характеристиками механических свойств материала. Они приводятся в справочной литературе для каждого сорта стали или другого конструкционного материала. Если при нагружении напряжение превысит предел упругости, т. е. если конечная точка процесса нагружения расположится правее точки В, то зависимость напряжения от удлинения при снятии нагрузки не совпадет с зависимостью, соответствующей периоду нагружения. Такой процесс нагружения до точки К и последующей разгрузки показан линией OABCDK.K', снабженной стрелками, указывающими направление изменения напряжения. Зависимость о = а (е) при снятии нагрузки (т. е. отрезок /С/С') практически прямолинейна и изображается линией, параллельной прямолинейному участку О А, соответствующему первому нагру-жению образца.

Чем выше плотность дислокаций, тем меньше их свободная длина и тем выше напряжение, вызывающее течение металла. Зависимость напряжения течения от плотности дислокаций выражается формулой [5]

Рис. 1.4. Зависимость напряжения течения кристалла магния от ориентировки при растяжении [5].

Например, напряжение порядка 35 кгс/мм2 вызовет разрушение через 1000 ч (т. е. при данной температуре Оюоо^Зб кгс/мм2), а напряжение, равное 20 кгс/мм2, за это же время вызовет деформацию, равную только 0,1% (т. е. при данной температуре ao,i/iooo=>20 кгс/мм2). Как видно, в логарифмических координатах зависимость напряжение — время имеет вид наклонных прямых. Но экспериментальные линии заканчиваются ЮОО-ч испытанием, а дальше прямые линии (слошные) продолжены экстраполяцией. Однако закономерность экстраполяции прямой за 1000 ч не доказана, поэтому надежные выводы о поведении материала при высокой температуре и большой продолжительности могут быть сделаны лишь на основе испытаний, длительность которых примерно равна рассчитываемому сроку службы детали (что практически не всегда возможно).

Зависимость напряжение — деформация вплоть до разрушения

Доказательство того, что псевдопоры образуются в процессе приложения нагрузки, может быть получено при исследовании характера кривой напряжение — деформация для композита, изготовленного с использованием разделяющего состава. Например, на рис. 19 приведены данные из работы [56], а именно зависимость напряжение — деформация матричной фазы и схематическая иллюстрация образования псевдопор. Наклон кривой напряжение — деформация, который представляет собой модуль упругости материала, сначала постоянен и больше наклона для матрицы, что и следовало предполагать для случая т ^> 20. При напряжении, составляющем около 60% от разрушающего напряжения, наклон начинает быстро уменьшаться. Незадолго до разрушения наклон кривой напряжение — деформация для композита меньше, чем для матрицы, что соответствует случаю т < 1. Таким образом, начальный модуль упругости, определенный по низкому уровню напряжений, совершенно отличен от модуля, соответствующего состоянию, близкому к разрушению, а при анализе прочности в механике разрушения необходим последний.

Для рационального выбора критерия разрушения конструкторам необходимо знать влияние усталостной поврежденное™ на другие свойства. Однако имеется относительно немного исследований, в которых учитываются такие взаимодействия. То, что зависимость напряжение — деформация у большинства стеклопластиков линейно упругая вплоть до возникновения расслаивания, а с этого момента понижается, означает, что расслаивание уменьшает модуль.

чем свойства стеклопластиков. В работе [15] были проведены усталостные испытания при межслойном сдвиге с использованием методики трехточечного изгиба короткой балки с отношением пролета к высоте 6:1. Образцы изготавливались в пресс-форме с применением в качестве матрицы смолы марки Шелл Эпикот 828/MNA/BDMA. К волокнам типа I и типа II применялись два различных нехарактерных способа поверхностной обра~ ботки для получения различной межслойной сдвиговой прочности. На волокнах типа II получены статические прочности, примерно равные 7500 фунт/дюйм2 (52 Н/мм2) и 12 000 фунт/дюйм2 (83 Н/мм2). Для каждого случая усталостная прочность при 107 циклов составляла приблизительно половину от статической. Зависимость напряжение — log долговечности была, по-видимому,, линейной, хотя авторы и не аппроксимировали свои результаты прямой линией. Для волокон типа I один из видов поверхностной

ожидать, что они будут влиять на первое разрушение слоя. Анализ остаточных напряжений в слоистом эпоксидном стеклопластике [0°/90°] (см. разд. 3.2.2), выполненный в предположении, что начальная температура равна температуре отверждения, обнаруживает в слоях с ориентацией 90° поперечные остаточные деформации, достигающие 54% от предельных. Хотя физический взгляд на зависимость напряжение— деформация не предполагает разрушения поперечных слоев раньше, чем достигнуты деформации, соответствую.щие -первому разрушению слоя и предсказанные без 'учета--оста-точных -напряжений, преждевременное появление трещин может быть вызвано именно этими остаточными напряжениями.

Рис. 5.9. Зависимость напряжение — время до разрушения при т = 0.5. - по уравнению (5.48); --- по уравнению (5.50).

Заметим, что предельные напряжения практически не зависят от скорости приложения напряжений, даже в диапазоне значений, не близких к сто- Таким образом, тот факт, что материал, по-видимому, ведет себя упруго, еще не означает возможности применения к нему подхода линейной механики разрушения. Заметим также, что если бы материал был упругим, то a, ~ %~°'5- (Такая слабая зависимость напряжение— скорость существует и для m = 1,0, что соответствует вязкому телу; при этом Of ~ а0-2.)

Рис. 10. Зависимость напряжение—деформация при нагрузке и разгрузке упругого (а), вязкого (б) и пластического (в) элементов реологической модели материала.

Зависимость напряжение — время в плоскости откола определялась не по скорости свободной поверхности, а по изменению давления на границе раздела исследуемый материал — материал меньшей акустической жесткости. Такая схема -эксперимента (рис. 110) дает возможность использовать для регистрации давления диэлектрический датчик, имеющий ряд преимуществ перед другими методами регистрации, что существенно облегчает экспериментальные исследования и расширяет возможность варьирования истории нагружения в плоскости откола.

Рис. 1. Зависимость напряжение — деформация при различных скоростях нагружения: а — для малоуглеродистой стали при темп-ре испытания 900°; б — для нержавеющей стали Х18Н9Т.