ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зависимость свойств материалов от времени из "Сопротивление материалов " Как упоминалось в главе И, напряжения и деформации, возникающие в теле под нагрузкой, зависят не только от величины нагрузки, но также и от характера изменения нагрузок во времени. Связано это с тем, что физическое состояние тела, достигаемое при сравнительно быстром приложении нагрузки, не является равновесным состоянием для микрообъемов, перегруппировка молекул и атомов из исходного состояния в окончательное, соответствующее равновесной конфигурации при данных внешних условиях, требует более или менее длительного времени, причем некоторые из этих переходных процессов протекают сравнительно медленно. Поэтому наиболее четко выраженной зависимости механических свойств материалов от времени можно ожидать в двух крайних случаях при очень быстром деформировании, когда возможно запаздывание даже наиболее быстро протекающих переходных процессов, и при длительном приложении нагрузки, когда проявляется действие разнообразных микроскопических и субмикроскопических механизмов. Поведение материалов при импульсивных нагрузках типа удара, взрыва, и т. п. будет рассмотрено в следующей главе. Здесь рассматриваются главным образом явления, протекающие в нагруженном теле в течение более или менее длительного времени. [c.223] Физический микромеханизм этого явления недостаточно изучен в количественном отношении. Имеются данные, главным образом качественного характера, что вязко-Рис. 138. упругое поведение материала связано с несовершенствами кристаллической решетки, с диффузией атомов и с течением межгранулярных прослоек. Не касаясь этой стороны дела, укажем, что вязко-упругое поведение материала может быть упрощенно охарактеризовано с помощью следующей механической модели (модель тела Фохта ). [c.224] Постоянная Т называется обычно периодом последействия. Это — тот промежуток времени (начиная с в течение которого деформация уменьшается в е раз. [c.225] Не говоря сейчас о других недостатках модели Фохта, отметим, это эта модель не дает объяснения эффекту релаксации напряжений. [c.225] Здесь первый член в правой части — мгновенное значение напряжения, т. е. значение, которое приняло бы напряжение, если бы деформация S (/) была достигнута мгновенно. Второй член учитывает всю предшествующую историю процесса. Вид ядра релаксации R (/), играющего роль функции памяти , зависит от свойств материала и от температуры. [c.227] С течением времени скорость ползучести при данном напряжении монотонно убывает, стремясь к некоторому конечному предельному значению. При небольшом напряжении скорость ползучести бывает настолько низкой, а деформация ползучести — столь незначительной, что явление ползучести можно не принимать в расчет. В этом смысле говорят о пределе ползучести как о том максимальном напряжении, при котором еще допустимо пренебрежение деформацией ползучести. [c.228] Например, для деталей машин допускаются деформации ползучести, не превышающие 1 % за срок службы машины. Предел ползучести за-зисит от температуры. Вопрос о существовании истинного предела ползучести как наибольшего напряжения, при котором деформации ползучести полностью отсутствуют, остается открытым. Во всяком случае, в некоторых материалах ползучесть отмечается уже при очень малых напряжениях. [c.229] На каждой из приведенных на рис. 143 кривых ползучести можно отметить два характерных участка 1) участок начальной (неуста-новившейся) ползучести, на кото-ром скорость ползучести изменяется довольно быстро, и 2) участок, на котором скорость ползучести остается практически неизменной,— установившаяся ползучесть. При продолжении испытаний обычно появляется третий участок, на котором скорость ползучести быстро возрастает, после чего наступает разрушение. При расчетах деталей на длительную ползучесть часто кривые ползучести заменяют прямыми установившейся ползучести (пунктирные прямые на рис. 143). [c.229] Протекание процесса ползучести в сильной степени зависит от температуры. На рис. 145 показаны полученные Дэвисом кривые ползучести для красной меди при температуре 235° С. Из сравнения с рис. 143 видно, что при том же напряжении скорость ползучести увеличивается с повышением температуры. На рис. 146 показаны графики зависимости минимальной скорости ползучести (на участках установившейся ползучести) от величины напряжения при различных температурах (по Дэвису). [c.229] При плавно изменяющихся температурах можно ожидать не только плавных, но и более ил11 менее скачкообразных и нерегулярных изменений скорости ползучести в связи с процессами рекристаллизации. [c.229] Физическая природа микропроцессов, обусловливающих явление ползучести, того же типа, что и при релаксации. Некоторые стороны явления ползучести объясняют диффузионными процессами, движением дислокаций (как это делается в отношении пластических деформаций вообще), течениями межгранулярных веществ и т. п. Однако удовлетворительного в количественном отношении объяснения не получено, а некоторые так называемые физические теории ползучести базируются на совершенно произвольных и не оправдываемых опытом предположениях. [c.231] Упрощенное представление о макроскопическом характере явления ползучести может дать модель тела Максвелла (рис. 140). Однако, помимо невозможности количественного описания явления с помощью такой упрощенной модели, эта модель не дает и качественного описания. Она не объясняет, например, явления обратной ползучести. Лучшее согласие с опытом дают комбинированные модели. [c.231] Изучение длительной прочности, начатое сравнительно недавно, важно для определения ресурса деталей различных тепловых машин и установок. [c.232] В пластиках, каучуках и других материалах органического происхождения старение типа глубинных окислительных процессов приводит к таким сильным изменениям свойств, что через более или менее длительное время они становятся непригодными в качестве конструкционных материалов. [c.232] Из рассмотренных выше влияний времени на механические свойства материалов наибольшее значение для расчета на прочность большинства деталей машин, конструкций и сооружений, находящихся в условиях статического нагружения, имеют ползучесть и длительная прочность. При этом для учета явлений длительной прочности, за отсутствием систематизированных данных, пользуются эмпирическими формулами и правилами, выведенными на основе специализированных испытаний. Явление релаксации в чистом виде не встречается, и, как правило, это явление имеет малое значение по сравнению с явлением ползучести. В большинстве случаев на детали машин и конструкций действуют определенные нагрузки, а кинематические связи, наложенные на эти детали, обычно таковы, что преобладающими оказываются явления ползучести и течения с некоторой скоростью деформации. [c.232] Например, поведение при высоких температурах лопаток турбин, оболочек двигателей, дисков и роторов, односторонне защемленных балок и пластин и других подобных элементов конструкций определяется заданными внешними силами (давление газа, центробежные силы и т. п.), и для расчета таких деталей надо знать кривые ползучести материала. Но даже в конструкциях типа фланцевого соединения за счет упругости стягивающих и соединяемых элементов результирующие контактные усилия в значительной мере зависят от явления ползучести, хотя релаксация и имеет определенное значение. [c.233] Поэтому при изучении зависимости между напряжением и деформацией металлов при высокой температуре упругой деформацией в большинстве случаев можно пренебрегать, а аппарат для расчетных целей строить, обращая главное внимание на учет явления ползучести материала. [c.233] Тем не менее в теории ползучести учитываются также и другие явления, связанные с зависимостью свойств материала от времени. [c.233] Вернуться к основной статье