ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Деформации, напряжения и условия разрушения при сложном напряженном состоянии из "Материалы и прочность деталей газовых турбин " Любое соотношение между тремя компонентами напряжений представляет собой, как известно, поверхность в пространстве напряжений. Поэтому условия Треска - Сен-Венана и Мизеса также определяют в пространстве напряжений некоторые поверхности. Для точек внутри этих поверхностей (она называется обычно поверхностью текучести) справедлив закон Гука [см. формулы (2.9)]. При напряжениях, соответствующих точкам на поверхности (или тем более точкам, лежащим вне ее), начинается пластическое деформирование. [c.77] Закон связи напряжений с деформациями в этих условиях при простом растяжении легко может быть установлен чисто экспериментально, Однако при сложном напряженном состоянии связь между напряжениями Г1, сгг, Гз и соответствующими им деформациями 1, Сг, Ез в общем виде установить опытным путем невозможно, так как это требует практически необозримого количества экспериментов. Поэтому для установления зависимостей между напряжениями и деформациями приходится прибегать к дополнительным гипотезам, называемым теориями пластичности. В настоящее время известны несколько подходов к аналитическому решению задач пластичности при сложном напряженном состоянии. Критерием их пригодности является соответствие с экспериментом. [c.77] Непропорциональным нагружением в отличие от простого (пропорционального) называют нагружение, при котором не сохраняется пропорциональность между составляющими напряжения. При простом нагружении изотропного материала не меняется направление главных осей, при непропорциональном меняется. [c.77] Развитие получили также теории, основанные на принципиально других подходах теория течения, теории, в той или иной степени отражающие структуру реальных материалов и микромеханизм деформирования путем использования физических и структурных моделей среды [31, 32]. Эти теории устанавливают связь между приращениями де4юрмаций и напряжений. Прогнозы теории течения хорошо совпадают с результатами экспериментов при сложном напряженном состоянии. IIри простом нагружении она дает те же результаты, что и при расчете по деформационной теории. Теории, основанные на физической и структурной модели среды, учитывают тот факт, что при изменении вида напряженного состояния в пластическое состояние переходят новые элементы структуры, а часть пластически деформированных элементов разгружается, переходя в упругое состояние. [c.79] Простейшей теорией течения является теория идеальной пластичности, которая предполагает, что положение поверхности текучести не зависит от условий нагружения. Согласно теории изотропного упрочнения радиус поверхности текучести определяется некоторым монотонно возрастающим параметром. Для описания эффекта Баушингера (изменения сопротивления де-4юрмированию при изменении знака напряжений) можно использовать различные варианты теории неизотропного упрочнения, описывающие перемещения поверхности текучести [29, 30, 33]. [c.79] Для описания процессов неупругого неизотермического деформирования предложены различные обобщения известных теорий пластичности на случай переменных температур [31, 35, 36] (см. стр. 115-119). [c.79] Для оценки условий разрушения материалов в общем случае сложного напряженного состояния по данным опытов при одноосном напряженном состоянии и простейших опытов при двухосном напряженном состоянии, используют теории прочности. [c.81] Для материалов,разрушение которых при данном напряженном состоянии происходит без существенных пластических деформаций, наилучшее совпадение с результатами экспериментов дает критерий наибольшего нормального напряжения. Если разрушение детали происходит в результате сдвига и сопровождается значительными пластическими деформациями, лучшее соответствие с экспериментальными данными дает теория наибольшего касательного напряжения. Для условий двухосного растяжения, когда сгз = О, критерии разрушения обеих теорий совпадают. Согласно теории Мора, нарушение прочности происходит, когда на некоторой площадке осуществляется наиболее неблагоприятная комбинация нормального и касательного напряжений. [c.82] Лебедева полагая (Гв/Тв = 1 + (Гв/ Гс = 1,5, он совпадает с критерием Мора. [c.83] Установлено, что при использовании критерия (2.22) для различных металлических материалов и напряженных состояний в большинстве случаев точность оказывается не ниже 15%. [c.83] Однако, как отмечает И.И. Трунин, четырехпараметрический критерий имеет недостаток, связанный с тем, что при трехосном равном растяжении (0 1 - 0 2 - (Гз 0) прочность материала совпадает с прочностью при сжатии ((Г1 - (Гг - (Гз 0), что противоречит экспериментам. [c.83] 29) видно, что условиям Л О и 0 1 О соответствует меньшая упругая деформация чем при одноосном напряженном состоянии. Соотношения (2.28) и (2.29) относятся и к условиям пластичности, если в них вместо модуля упругости иметь в виду секущий модуль. [c.84] Если (г р/сг8 = Ур, то из формулы (2.32) получим, что Го,2 = (Гв и разрушение происходит хрупко. [c.84] Склонность перлитных, ферритных и мартенситных стале к хрупким разрушениям при низких температурах (ниже 100-200 С) проявляется при эксплуатации деталей, особенно сварных соединений, как правило, в случае наличия в них металлургических дефектов, которые, возрастая до трещин критического размера (нестабильные трещины), спосс ны вызывать хрупкие разрушения при номинальных напряжениях, меньших предела текучести (до (Г 0,25(Го,2). [c.85] В качестве иллюстрации хрупкого разрушения при двухосном напряженном состоянии на рис. 2.7, а изображен разрушившийся в процессе гидравлического испытания корпус насоса из стали 15Х5МФ, имевшей сго 5/ ГвР = 0,9. [c.85] Экспериментальные исследования, а также накопленный и энергомашиностроении опыт, указывают на необходимость учета рассмотренных выше условий хрупкого разрушения при выборе материала, работающего в условиях сложного напряженного состояния (диски с концентраторами напряжений, детали с различными дефектами и трещинами, полученными в процессе изготовления заготовок или в процессе сварки и т.д.). [c.85] Изложенные выше соображения по поводу склонности материалов к хрупкому разрушению не позволяют предсказать характер разрушения материала, в котором уже образовалась трещина. Возможно, это связано с тем, что у большинства материалов при увеличении скорости деформирования резко повышается предел текучести. Микротрещины в материале могут образоваться в зонах локализации деформации. Таким образом, зная лишь характеристики макропластичности (кривые деформирования) при растяжении гладких образцов, нельзя достоверно оценивать в общем случае склонность материала к хрупкому разрушению. Примером разрушения детали из стали, имеющей отношение 0 0,2/сГв 0,87, явилось хрупкое разрушение корпуса насоса, работающего в условиях сложного напряженного состояния, для которого в месте образования трещины значение А = (Гг/о = 0,4. Корпус был изготовлен из литой стали 20Х13Л, имевшей грубую структуру и следующие механические свойства Го.2 = 293 МПа сг = 451 МПа б = 10% ф = 9,8% (рис. 2.7, б). Разрушение корпуса было вызвано аварийным превышением давления. Из металла разрушенного корпуса были изготовлены образцы типа Менаже для испытания на ударный изгиб с радиусом в надрезе 1 мм. Значение уд ной вязкости (удельной работы разрушения) оказалось равным 70-100 кДж/м . [c.85] Для оценки склонности материалов к хрупкому разрушению в настоящее время известно уже около 70 методов испытаний. [c.87] Значительно более универсальными являются критерии вязкости разрушения. Согласно Ирвину, распространение трещины может происходить без остановки, если коэффициент интенсивности напряжения К достигает критического значения, равного вязкости разрушения К с, которая является свойством материала, но зависит от геометрии образца, напряженного состояния у края трещины и условий нагружения. [c.87] Экспериментальное определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) Кс, Кю, 6с, Л, Лс при статическом нагружении проводится в соответствии с ГОСТ 25.506-85. [c.87] Вернуться к основной статье