Головна

Загальні поняття про навантаження, напружених, деформаціях і руйнуванні матеріалів

  1. HTML: Загальні відомості.
  2. I. Загальні положення
  3. I. Загальні положення
  4. I. Загальні положення
  5. I. Загальні положення
  6. I. Загальні положення
  7. I. Загальні положення

Зовнішні навантаження, що діють на елементи конструкцій і машин, розподілені в тій чи іншій мірі за деякою площі чи обсягу.


 J ^

 fl + f

P 7? Г ^


\



Мал. 2.1. Основні види навантаження:

а - Розтягуванням; б - Стисненням; в - Вигином, г - Крутінням, д - зрізом

Внаслідок цього розподілені навантаження можуть бути поверхневими (наприклад, тиск води або пари на стінку труби) і об'ємними (наприклад, сили тяжіння, інерції, магнітного тяжіння). Однак для спрощення розрахунків розподілене навантаження можна замінити рівнодіючої зосередженим навантаженням.

Залежно від зміни в часі навантаження поділяються на статичні и динамічні. Статичні навантаження, а отже і статичне навантаження, характеризуються малою швидкістю зміни своєї величини. А динамічні навантаження змінюються в часі з великими швидкостями, наприклад при ударному навантаженні.

Залежно від характеру дії навантаження поділяють на розтягують (Рис. 2.1, а), що стискають (Рис.2.1, 6), згинальні (Рис. 2.1, в), що скручують (Рис.2.1, г), зрізують (Рис.2.1, д). Зміна навантаження може мати періодично повторюється характер, внаслідок чого їх називають повторно-змінними або циклічними (Рис. 2.2). У різноманітних умовах експлуатації конструкцій і машин вплив перерахованих навантажень може проявлятися в різних їх поєднаннях.

Під впливом зовнішніх навантажень, а також структурно-фазових перетворень в матеріалі конструкції виникають внутрішні сили, які можуть бути виражені через зовнішні навантаження. Внутрішні сили, що припадають на одиницю площі поперечного перерізу тіла, називають н а п р я -


цикл ^

Р


Мал. 2.2. Схема циклічного навантаження:

а - Розтягуванням; б-стиснений; в - знакозмінних вантаженням



 жениями. Введення поняття на
 напружень дозволяє проводити розра
 ти на міцність конструкцій і їх
 елементів.
 ¦ ГЧС »r la У найпростішому випадку осьового

fF0 " ' Е розтягування циліндричного стержня

-I I --- 1 --- 1 (рис.2.3, а) напруга а в попереч-

р Jp ном перетині легко визначити як

відношення сили, що розтягує Р к
а площі поперечного перерізу F0, Т. Е.

 Мал. 2.3. Схема нормальних і дотичних напружень: а - сила Р, перпендикулярна площині перетину (F0); б - сила Р, не перпендикулярно площині перетину (F \)

, В загальному випадку, коли сила Р не перпендикулярно площині розглядуваного перерізу Fx, повне напруга можна розкласти на дві складові: нормальну напругу ат спрямоване перпендикулярно цій площині, і дотичне т, спрямоване вздовж цієї площини (рис.2.3, б). На рис. 2.3, б похила площина Ft розташована під кутом а до площини поперечного перерізу стержня. Площа похилого перерізу дорівнює F, = F0/ Cosa. У площині цього перерізу діє загальне напруження ст, = P / Ft = Acosa. Розкладаючи цю напругу за правилом паралелограма на складові, отримуємо, що нормальне напруга про "= a cos2 а, а дотичне напруження T = ocosasina = 0,5asin2a. Звідси випливає, що максимальне нормальне напруження виникає при a = 0 ° і дорівнює а (рис.2.3, а), а максимальне дотичне напруження виникає при a => 45 ° і дорівнює а / 2.

Після зняття зовнішнього навантаження в тілі можуть залишатися внутрішні напруги. Причиною виникнення внутрішніх напружень можуть бути також різкі перепади температур і структурно-фазові перетворення, що відбуваються в процесі технологічної обробки матеріалів. Існує наступна класифікація внутрішніх напружень:

- Внутрішня напруга першого роду - напруги, що виникають між великими частинами тіла (макроскопічні напруги);

- Внутрішня напруга другого роду - напруги, що виникають між суміжними зернами або всередині зерен (мікроскопічні напруги);

- Внутрішня напруга третього роду - напруги, що виникають всередині обсягу, що охоплює кілька осередків кристалічної решітки (субмикроскопические напруги).

Дія зовнішніх сил призводить до деформації тіла, т. е. до зміни його розмірів і форми. Якщо на поверхні тіла поблизу розглянутій точці А нанести прямокутник зі сторонами / і h (Рис. 2.4, а), то після


деформації цей прямо- t l + _bL

 <¦ *
а
а
 Мал. 2.4. Схема лінійної і кутової деформації: а - вихідний стан; б - Стан після деформації

кутник може змінити свої розміри і форму (рис. 2.4, б). Сторони прямокутника можуть збільшитися на А /, зменшитися на ДА или повернутися на кут у = а + Р

по відношенню до первісного прямого кута1 між сторонами. Деформація, що характеризує зміну лінійних розмірів, називається лінійної, а деформація, що характеризує зміну кутів, - кутовий або деформацією зсуву. Лінійна або кутова деформація, яка зникає після розвантаження, називається пружною, а що залишається в тілі - пластичної (Залишкової).

В процесі пружної деформації атоми в кристалічній решітці незначно зміщуються один щодо одного. Чим більше змінюються відстані між атомами, тим більше стають сили міжатомної взаємодії. При знятті зовнішнього навантаження під дією цих сил атоми повертаються в початкове положення, спотворення решітки зникають, а тіло приймає початкові форму і розміри.

У процесі пластичної деформації атоми в кристалічній решітці зміщуються на великі відстані, ніж при пружною деформації, причому це зміщення стає незворотнім. Після зняття навантаження в результаті пластичної деформації розміри і форма тіла змінюються. Зсув атомів при пластичної деформації може відбуватися ковзанням (зрушенням) і Двойникова-ням. Ковзання відбувається по площинах і в напрямку з найбільш щільною упаковкою атомів, де відстані між сусідніми атомними площинами найбільші, а сили взаємодії між ними найменші, в результаті чого опір зсуву також буде найменшим. При Двійникування відбувається таке зміщення частини зерна, при якому ця частина займає дзеркально-симетричне положення по відношенню до несмещенной частини зерна (див. Рис. 1.18).

Пружнопластичних деформація при досягненні досить високих напруг може завершитися руйнуванням тіла. Процес руйнування складається з декількох стадій: зародження мікротріщин, освіту макротріщин, поширення макротріщини по всьому перетину тіла.

У загальному випадку розрізняють в'язке и крихке руйнування. В'язке руйнування відбувається зрізом під дією дотичних напружень і супроводжується значною пластичною деформацією. Для в'язкого руйнування характерний волокнистий (матовий) злам деталі або зразка. Крихке руйнування відбувається під дією нормальних напруг, що розтягують, що викликають відрив однієї частини тіла від іншої без помітних слідів макропластіческой деформації. Для крихкого руйнування характерний кристалічний (блискучий) злам.



г
 Ц * й

±

X

Т,

а

Мал. 2.5. Схеми скупчення дислокацій біля кордону зерна з утворенням мікротріщини (а), руйнування зрізом (б) і відривом (в):

/ - Скупчення дислокацій; 2 - межа зерна, 3 - мікротріщина


Виникнення мікротріщин при в'язкому і крихкому руйнування відбувається шляхом скупчення дислокацій перед кордонами зерен (рис. 2.5) або іншими перешкодами (неметалеві включення, карбідні частинки, межфазовие кордону та ін.), Що призводить до концентрації напружень. При аналізі мікроструктури розрізняють транскристаллитного (по тілу зерна) і інтеркрісталлітное (по межах зерен) руйнування. Руйнування металу в умовах експлуатації конструкцій і машин може бути не тільки вузькому або крихким, але і змішаним - вязкохрупкім.


2.2. Механічні властивості і класифікація методів механічних випробувань матеріалів

Механічними властивостями матеріалів називають властивості, які виявляються випробуваннями при впливі зовнішніх навантажень. В результаті таких випробувань визначають кількісні характеристики механічних властивостей. Ці характеристики необхідні для вибору матеріалів та режимів їх технологічної обробки, розрахунків на міцність деталей і конструкцій, контролю та діагностики їх прочностного стану в процесі експлуатації.

Контроль механічних властивостей починається ще при виробництві металу на металургійних заводах. Коли метал або прокат надходить до споживача, наприклад на машинобудівні заводи, його відбирають в залежності від рівня характеристик механічних властивостей для виготовлення тих чи інших виробів з урахуванням умов їх експлуатації. При виготовленні виробів метал піддається різної технологічній обробці (механічної, термічної та ін.), Під впливом якої відбуваються зміни в структурі і механічні властивості. Тому необхідний контроль механічних властивостей металу і на різних стадіях виготовлення виробів.

В процесі експлуатації виробів під впливом різних факторів (підвищені або знижені температури, тиск, агресивне середовище тощо.) Змінюються структура і механічні властивості, що з плином часу призводить до погіршення властивостей і навіть руйнування металу. Це викликає


необхідність періодичного контролю механічних властивостей металу з метою виявлення небезпечних зон в деталях і конструкціях і запобігання аварій. Більш того, у багатьох галузях промисловості (наприклад, в теплоенергетиці, нафтогазохімії і ін.) Налічується велика кількість агрегатів, що пробули тривалий час в експлуатації і виробили свій розрахунковий термін служби. Тому потрібно уточнена оцінка їх залишкового ресурсу, яка неможлива без визначення і врахування фактичних механічних властивостей матеріалів, з яких виготовлені ці агрегати.

Під час проведення механічних випробувань прагнуть відтворити такі умови впливу на матеріал, які мають місце при експлуатації виробу, виготовленого з цього матеріалу. Різноманіття умов служби матеріалів обумовлює проведення великого числа механічних випробувань. Але разом з тим основними ознаками, що дозволяє класифікувати види механічних випробувань, є:

- Спосіб навантаження (розтяг, стиск, вигин, крутіння, зріз, циклічне навантаження і ін.);

- Швидкість навантаження (статична, динамічна);

- Протяжність процесу випробування в часі (короткочасна, тривала).

Існують і інші ознаки класифікації, які характеризуються складністю напружено-деформованого стану, режимами навантаження, типами зразків, агресивністю середовища.

В результаті механічних випробувань матеріалів визначають наступні характеристики: пружність, пластичність, міцність, твердість, в'язкість, втома, тріщиностійкість, хладостойкость, жароміцність.



Попередня   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   Наступна

ВИЩА ШКОЛА | МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО | Розділ 1. Основи будови і властивостей матеріалів | Основні типи кристалічних решіток | Кристалографічні напрямки і площини | Анізотропія в кристалах | аллотропия металів | Дислокаційна структура і міцність металів | Поняття про дислокації і інших дефектах кристалічної решітки | Дислокаційний механізм упругопластической деформації |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати