// //
Дом arrow Научная литература arrow Шпоры металлы arrow 3 работа стали и алюминиевых сплавов при концентрации напряжений и повторных нагружений
3 работа стали и алюминиевых сплавов при концентрации напряжений и повторных нагружений

3.Работа стали и алюминиевых сплавов при концентрации напряжений и повторных нагружений.

В местах искаже­ния сечения (у отверстий, выточек, надрезов, утолщений и т. п.) про­исходит искривление линий силового потока и их сгущение около пре­пятствий , что приводит к повышению напряжений в этих местах. 333 Рис. 2 17   Траектория   и  концентрация  напряжений  у  мест  резкого   изменения   формы   элемента

a — около  отверстий,   б — около   трещины,   в — в   сварном   соединении   лобовыми   швами

3

 Отношение максимального напряжения в местах концентрации к номинальному, равномерно распределенному по ослабленному сечению, называется коэффициентом концентрации. Коэффициент концентрации у круглых отверстий и полукруглых выточек имеет значение 2—3. В местах острых надрезов оно выше и тем больше, чем меньше радиус кривизны надреза и чем гуще собирается в этих местах силовой поток; коэффициент концентрации в этом случае достигает значения 6-9. Напряженное состояние изделия при наличии концентрации напря­жений очень сложное, однако в основном по характеру работы металла можно установить две зоны: зону резкого перепада напряжений (зоны 23) и зону с распределением напряжений, близким к рав­номерному (зона /). Развитие пластических деформаций и разрушение при равномерном распределении напряжений происходят под воздействием касательных напряжений, наибольшее значение которых возникает на плоскостях, наклонных под углом 45° к действующей силе (зона 1). При резком перепаде напряжений (зона 2) общие сдвиговые деформации происхо­дить не могут (из-за задержки соседними, менее напряженными участ­ками), поэтому в этих областях металл разрушается путем отрыва по плоскостям, нормальным к действующей силе. Характерно, что соответ­ствующий рентгенографический анализ указывает на наличие при отрыве на этих плоскостях участков с явно выраженным пластическим течением металла. Поэтому такой отрыв можно назвать техническим, а отвечающая ему прочность много ниже, чем прочность монокристалла на отрыв, но выше, чем прочность при сдвиге. При сдвиге в упругопластической стадии развиваются большие деформации  при техническом отрыве пластические деформации малы; ме­талл в этом месте ведет себя как более жесткий, а сопротивление внешним воздействиям повышается (кривая 2). Такое поведение ме­талла приводит к началу разрушения (возникновению трещин) у мест концентрации напряжений. При статических нагрузках и нормальной температуре концентрация напряжений существенного влияния на несущую способность не оказы­вает (не учитывая некоторого повышения разрушающей нагрузки). Поэтому при расчетах элементов металлических конструкций при тако­го вида воздействиях их влияние на прочность не учитывается. При понижении температуры прочность на разрыв гладких образ­цов повышается во всем диапазоне отрицательных температур; проч­ность же образцов с надрезом повышается до некоторой отрицательной температуры, а затем понижается . При длительном воздействии нагрузки сопротивление разрушению понижается. Испытаниями установлено, что конструкции из низколегированных, особенно термоупрочненных сталей сопротивляются разрушению луч­ше, чем малоуглеродистые стали. При испытании образцов из наклепанной стали и наличии острой концентрации напряжений разрушающие напряжения получаются ни­же предела текучести уже при температуре—30 °С, вследствие чего воз­можно хрупкое разрушение конструкций при пониженных температу­рах даже в обычных условиях эксплуатации. Особо неблагоприятное влияние на прочность при низких температурах оказывают ударные и другого рода динамические воздействия, а также резкое снижение тем­пературы, носящее характер температурного удара. Ударная вязкость. Склонность металла к хрупкому разрушению и чувствительность к концентрации напряжений проверяются испыта­нием на ударную вязкость — определением величины работы, затрачи­ваемой на разрушение надрезанного образца , на маятнико­вом копре. Ударная вязкость измеряется удельной работой, затрачиваемой на разрушение образца. В надрезанном образце напряжения распределены неравномерно, с пикой у корня надреза. Ударное дейст­вие на образец увеличивает возможность перехода металла образца в хрупкое состояние. Чтобы иметь сравнимые результаты, испытание производится на стандартных образцах .При испытании тонкого металла применяют образцы толщи­ной 5 мм, но при этом норма ударной вязкости обычно повышается по сравнению с ударной вязкостью стандартных образцов сечением10Х10мм.

3

   Рис.    2.20.    Образец    для    испытания             на ударную вязкость  (размеры, мм)

Температура, при которой происходит спад ударной вязкости , или ударная вяз-кость снижается ниже 0,3 МДж/м2, принимается за порог хладоломкости.

Ударная вязкость особенно резко снижается у состаренного метал­ла. Поэтому для особо ответственных конструкций ударную вязкость определяют после искусственного старения. Браковочные значения ударной вязкости установлены в стандартах на сталь. О сопротивлении стали разрушению судят также по виду поверхно­сти излома. Бархатистая часть излома свидетельствует о вязком изло­ме, фасеточная часть — о хрупком. Чем больше бархатистой части излома, тем лучше сталь сопротивляется хрупкому разрушению. Работа стали и алюминиевых сплавов при повторных нагрузках. При работе материала в упругой стадии повторное эагружение не от­ражается на работе материала, поскольку упругие деформации обра­тимы. При работе материала в упругопластической стадии повторная на­грузка ведет к увеличению пластических деформаций (рис. 2.22) в ре­зультате необратимых искажений структуры металла предыдущим нагружением и увеличением числа дислокаций. При достаточно боль­шом перерыве (отдыхе) упругие свойства материала восстанавливают­ся и достигают пределов предыдущего цикла . Это повы­шение упругих свойств называется наклепом. Наклеп связан со старе­нием и искажением атомной решетки кристаллов и закреплением ее в  новом деформационном положении. При повторных нагружениях в пре­делах наклепа материал работает как упругий, но полное удлинение уменьшается в результате необратимых остаточных деформаций, полу­ченных при первых нагружениях, т. е. металл становится как бы более жестким. Повышение прочности благодаря наклепу используется в алюми­ниевых сплавах и арматуре железо-бетонных конструкций; в стальных конструкциях оно не используется, поскольку наклепанная сталь по­лучается более жесткой и склонной к хрупкому разрушению. При многократном непрерывном нагружении возникает явление усталости металла, выражающееся в понижении его прочности, при­ближающейся к некоторой величине (

3Рис  2.23.   Зависимость   между   числом   нагружений n и разрушающим напряжением  а — для     стали; б — для      алюминиевых сплавов

 Эта величина называется пределом усталостной прочности (выносливости). Пределу выносливости стали отвечает примерно 10 млн. циклов нагрузки. Однако уже при 2 млн. циклов усталостная прочность мало отлича­ется от ее предела, поэтому испытания на выносливость применительно к стальным конструкциям обычно производятся на базе 2*106 циклов нагрузки. Прочность алюминиевых сплавов снижается не-прерывно, и такого предела, как у стали, нет (рис. 2.23,б). Поэтому для практических целей за условный предел выносливости принимают вибрационную прочность при 2*106 циклах нагрузки. Если фактическая нагрузка бу­дет иметь большую повторяемость, то с этим необходимо считаться при проектировании, соответственно снижая расчетное сопротивление или применяя другой материал. Усталостное разрушение происходит вследствие накопления числа дислокаций при каждом загружении и концентрации их около стыков зерен с последующим скоплением в большие группы, что способствует разрыхлению металла в этом месте и, наконец, образованию трещины, которая, развиваясь, приводит к разрыву. При каждом нагружении деформации в поврежденном месте нарастают. Линии разгрузки не совпадают с линиями нагрузки, образуя петли гистерезиса (см. рис. 2.22, в, г). Площадь петли характеризует энергию, затраченную при каждом цикле нагрузки на образование новых несовершенств в атомной структуре и дислокаций. В начале образования трещины металл в этом месте как бы перетирается, образуя гладкие истертые поверхности, за­тем трещина быстро развивается и происходит отрыв изделия без пере­тирания.

3

Рис2.22. Диаграммы деформирования  при повторных  нагрузках.

а- без перерыва;

б- с перерывом (после отдыха);

в-многократное однозначное;

г- многократное разнозначное.

Таким образом, поверхность излома при усталостном разрушении имеет две характерные области — гладкую истертую при образовании трещины и зернистую при окончательном отрыве. Помимо числа циклов усталостная прочность зависит от вида нагружения, который характеризуется коэффициентом    асимметрии

3

Рис.2.25.Характеристики асимметрии напряжений  Циклы:   а — однозначный;   6 — полный   однозначный;   в — полный   разнозначный

.Для пластин из малоуглеродистой стали марки СтЗ при однознач­ных циклах нагружения (при

Рис. 2.22.     Диаграммы     деформирования стали   при   повторных   иагружениях

а

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.