ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние температуры и фактора времени на механические характеристики материала из "Сопротивление материалов " Диапазон температур, в пределах которого реально ра ботают конструкционные материалы, выходит далеко за рамки указанных нормальных условий. Есть конструкции где материал находится под действием чрезвычайно высо ких температур, как, например, в стенках камер воздушно реактивных и ракетных двигателей Имеются конструкции где, напротив, рабочие температуры оказываются низкими о — элементы холодильных установок и резервуары, со держаш,ие жидкие газы. [c.78] В широких пределах изменяются также и скорости на гружения, и время действия внешних сил. Есть нагрузки действующие годами, а есть такие, время действия которых исчисляется миллионными долями секунды. [c.78] Понятно, что в зависимости от указанных обстоятельств механические свойства материалов будут проявляться по-разному. [c.78] Обобщающий анализ свойств материала с учетом температуры и фактора времени оказывается очень сложным и не укладывается в простые экспериментально полученные кривые, подобные диаграммам растяжения. Функциональная зависимость между четырьмя параметрами о, е, температурой f и временем t /(а, е, f, t)=0 не является однозначной и содержит дифференциальные и интегральные соотношения входящих в нее величин. [c.78] Основными нагрузками, изучаемыми в сопротивлении материалов, являются медленно изменяющиеся, или статические. Скорость изменения этих нагрузок во времени настолько мала, что кинетическая энергия, которую получают перемещающиеся частицы деформируемого тела, составляет ничтожно малую долю от работы внешних сил. Иначе говоря, работа внешних сил преобразуется только в упругую потенциальную энергию, а также в необратимую тепловую энергию, связанную с пластическими деформациями тела. Испытание материалов в так называемых нормальных условиях происходит под действием статических нагрузок. [c.79] На рис. 62 показана зависимость от температуры модуля упругости , предела текучести о р, предела прочности а р и удлинения при разрыве S для малоуглеродистой стали в интервале О—500 °С. Как видно из приведенных кривых, модуль упругости в пределах изменения температуры до 300 °С практически не меняется. Более существенные изменения претерпевают величины ст р и, особенно, б, причем имеет место, как говорят, охрупчивание стали — удлинение при разрыве уменьшается. При дальнейшем увеличении температуры пластические свойства стали восстанавливаются, а прочностные показатели быстро падают. [c.79] Чем выше температура, тем труднее определить механические характеристики материала. Происходит это не только потому, что возрастают сложности в технике эксперимента, но также вследствие того, что сами характеристики становятся менее определенными. При статическом нагружении, начиная с некоторых значений температур, резко сказывается фактор времени. Для одних материалов это происходит при более низких, для других — при более высоких температурах. Влияние фактора времени обнаруживается и при нормальных температурах. Однако для металлов его влиянием можно пренебречь. Для некоторых же органических материалов даже при низких температурах скорость нагружения суш,ественно сказывается на определяемых характеристиках. [c.80] Изменение во времени деформаций и напряжений, возникающих в нагруженной детали, носит название ползучести. [c.80] Другим частным проявлением свойств ползучести является релаксация — самопроизвольное изменение во времени напряжений при неизменной деформации. [c.81] Релаксацию можно наблюдать, в частности, на примере ослабления затяжки болтовых соединении, работающих в условиях высоких температур. [c.81] Наиболее просто исследуется явление последействия. Если нагрузить образец постоянно действующей силой (рис. 64) и следить за изменением его длины в условиях фиксированной температуры, можно получить диаграммы последействия (рис. 65), дающие зависимость деформации от времени при различных значениях напряжения о. [c.81] Как видно из этих кривых, нарастание деформаций происходит вначале очень быстро. Затем процесс стабилизируется и деформации увеличиваются с постоянной скоростью. С течением времени на образце, как и при обычном испытании, появляется шейка. Незадолго до разрыва имеет место быстрое возрастание местных деформаций в результате уменьшения площади сечения. При более высоких температурах изменение деформаций во времени происходит более быстро. Для данного материала можно при помощи методов теории ползучести перестроить диаграммы последействия в диаграммы релаксации. Последние, впрочем, можно получить и экспериментально. Для этого, правда, требуется более сложная аппаратура, так как необходимо, сохраняя удлинение образца, замерять изменения в величине растягивающей силы. [c.81] Вид диаграмм релаксации, дающих зависимость напряжения от времени, представлен на рис. 66. [c.81] Основными механическими характеристиками материала в условиях ползучести являются предел длительной прочности и предел ползучести. [c.82] Таким образом, предел длительной прочности зависит от заданного промежутка времени до момента разрушения Последний выбирается равным сроку службы детали и ме няется в пределах от десятков часов до сотен тысяч часов Соответственно столь широкому диапазону изменения вре мени меняется и предел длительной прочности. С увеличе нием времени он, естественно, падает. [c.82] Пределом ползучести называется напряжение, при котором пластическая деформация за заданный промежуток времени достигает заданной величины. [c.82] Как видим, для определения предела ползучести необходимо задать интервал времени (который определяется сроком службы детали) и интервал допустимых деформаций (который определяется условиями эксплуатации детали). [c.82] Пределы длительной прочности и ползучести сильно зависят от температуры. С увеличением температуры они, очевидно, уменьшаются. [c.82] После статических рассмотрим класс быстро изменяющихся, или динамических, нагрузок. [c.83] К оценке этих нагрузок существуют два подхода. С одной стороны, нагрузка считается быстро изменяющейся, если она вызывает заметные скорости частиц деформируемого тела, причем настолько большие, что суммарная кинетическая энергия движущихся масс составляет уже значительную долю от общей работы внешних сил. С другой стороны, скорость изменения нагрузки может быть связана со скоростью протекания пластических деформаций. Нагрузка может рассматриваться как быстро изменяющаяся, если за время нагружения тела пластические деформации не успевают образоваться полностью. Это заметно сказывается на характере наблюдаемых зависимостей между деформациями и напряжениями. [c.83] Вернуться к основной статье