ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННЫХ И ДЕФОРМИРОВАННЫХ СОСТОЯНИЙ Метод хрупких покрытий из "Моделирование при изучении прочности конструкций " Из курса сопротивления материалов и теории упругости известно, что каждый элементарный объем может находиться в условиях одноосного (линейного), двухосного (плоского) или трехосного (объемного) напряженного состояния. В случае, когда в каждой точке какого-либо сечения и всех параллельных ему сечений напряжения одинаковы, считаем, что тело находится при однородном напряженном состоянии, если же оно переменно, напряженное состояние считается неоднородным (например, изгиб). [c.18] Испытывая образцы на растяжение или сжатие на обычных машинах в условиях различных температур, фактически моделируем работу материала при одноосном однородном напряженном состоянии. В простейшем случае можно полагать, что диаграмма растяжения (сжатия) и предельные состояния, соответствующие началу текучести материала и его разрушению, полностью соответствуют работе реальной конструкции. Примером таких конструкций могут служить элементы мостовых ферм, работающих на растяжение либо сжатие, опорные колонны и т. д. [c.18] При таком моделировании следует помнить о том, что, несмотря на кажущуюся простоту, результаты испытаний, полученные на моделях, представляющих собой обычные стандартные образцы диаметром 5 или 10 мм либо плоские образцы листовых материалов, не всегда соответствуют результатам, полученным при работе реальных конструкций. Так, например, широко известно влияние на прочность масштабного фактора. Характеристики прочности для образцов различных размеров могут существенно изменяться. [c.18] Анализ этой зависимости показывает, что при изменении диаметра образца от О до 6 мм должна наблюдаться наибольшая зависимость прочности от размеров образца. [c.19] Известно, что для проволоки с уменьшением диаметра прочность увеличивается. Так, например, прочность вольфрама может возрасти в несколько десятков раз при изменении диаметра от 1 мм до нескольких микрон. [c.19] При изготовлении проволоки из вольфрама и других материалов, обладающих некоторым ресурсом пластичности, способ изготовления образца сказывается на показаниях прочности. Обычно стремятся получать образцы из того же материала (даже той же плавки), из которого изготавливается изделие. Однако механические характеристики при этом получаются различными. Они зависят от степени наклепа и шероховатости поверхности. При этом, поскольку изменяются механические свойства в основном поверхностного слоя, который в зависимости от диаметра образца может составлять по объему различную относительную долю, показатели прочности разных по размерам образцов могут быть разными. Это различие особенно заметно при испытаниях в условиях неоднородного напряженного состояния, например при изгибе. То же самое наблюдается при испытаниях в различных средах. [c.20] Таким образом, приходим к выводу, что при моделировании работы материала при одноосном однородном растяжении и сжатии результаты испытаний модели и изделия могут быть различными даже тогда, когда материал модели и изделия один и тот же, технология и обработка его одинаковы, испытуемые среды тождественны. [c.20] Несмотря на то что максимальные касательные напряжения вдвое меньше нормальных, опасными в некоторых материалах мс-гут оказаться именно они. Разрушение при этом происходит под углом 45°. [c.20] несмотря на то что проводятся испытания образцов (моделей) при одноосном однородном напряженном состоянии, для некоторых материалов, в основном пластичных, фактически моделируется разрушение при сдвиге, а не при действии на сечение нормальных напряжений, как может показаться сначала. В то же время условия работы изделия и модели будут одинаковыми. [c.21] Практически моделирование одноосного однородного напряженного состояния реализуется на любой испытательной машине. [c.21] Моделирование однородного теплового состояния образцов достигается за счет помещения образца в электропечь сопротивления, индукционную, отражательную и т. д. Камера, в которой находится образец, может содержать газы необходимого состава либо в ней может быть создан вакуум. В последнем случае можно использовать нагрев электронной бомбардировкой. Весьма удобным и эффективным способом является нагрев прямым пропусканием электрического тока через образец. [c.21] При длительных испытаниях, изменяя по определенной программе температуру и нагрузку на образец, можно промоделировать механическую работу материала в течение продолжительного времени его эксплуатации. Примером могут служить установки типа Коффина для испытаний на термическую усталость (рис. 2) установки для испытаний материалов на длительную прочность и ползучесть при программном изменении нагрузки [40, 67] (рис. 3). [c.21] В Институте проблем прочности (ИПП) АН УССР разработано много устройств, позволяющих проводить испытания по любой схеме на кратковременную и длительную прочность в условиях высоких, нормальных и криогенных температур [39]. [c.23] Известны методы создания плоского напряженного состояния на плоских моделях (рис. 5). Такие модели, в отличие от трубчатых, имеют следующие преимущества поверхность в процессе опыта не искривляется боковые поверхности свободны от внешних нагрузок имеется возможность исследовать процессы деформирования при сложном напряженном состоянии в зонах концентрации напряжений, а также возможность проведения исследований при сравнительно большой площади рабочей зоны, доступной для наблюдений, что особенно важно при изучении деформируемости в местах концентрации. [c.23] Объемное однородное напряженное состояние в чистом виде сравнительно редко встречается в напряженных деталях современных машин и аппаратов, а его моделирование представляет настолько большие методические трудности, что таких работ практически нет. Исключение составляет моделирование условий при всестороннем (гидростатическом) сжатии, при котором Oi = Oj = Og. Такими исследованиями при изучении влияния на свойства материалов сверхвысоких давлений занимался Бриджмен [6]. Большое значение эти работы имеют при изучении возможностей создания искусственных алмазов. При этом образцы подвергаются, кроме давления, высоким температурам. В последнее время в связи с освоением Мирового океана изучаются механические свойства стекол, ситаллов и других материалов в условиях гидростатического сжатия. [c.24] Известны опыты А. Ф. Иоффе по изучению разрушения материалов при всестороннем равномерном растяжении, которое реализуется в центре быстро нагреваемого шара. В этом случае напряженное состояние в шаре неоднородно. [c.24] В большинстве практических случаев работы конструктивных элементов машин имеет место неоднородное сложное напряженное состояние. К тому же часто температуры распределены по объему неравномерно. В лабораторных условиях трудно провести опыты, отражающие все возможные случаи работы материалов. Сравнительно просто это делается при изучении закономерностей деформирования и разрушения материалов при плоском однородном напряженном состоянии, когда результаты исследований могут быть представлены в координатах главных напряжений. [c.24] Для примера рассмотрим, как можно промоделировать изгиб бруса прямоугольного поперечного сечения [68, 72). Предположим, имеется два бруса (рис. 6), из которых один представляет собой модель другого. Все геометрические размеры этих брусьев подобны. Примем следующие обозначения I —длина бруса, Ь —ширина сечения, h — высота сечения. Индексами 1 и 2 обозначим величины, относящиеся соответственно к первому и второму брусьям. [c.25] Каждый Из брусьев находится в сложном напряженном состоянии под дейст ием внешних сил и моментов Pi, М- и Р, , М , приложенных в схов ственных точках и В . Эпюра поперечных сил Q и изгибающихдмоментов М для этого случая будет иметь вид, показанный на рис. 7. [c.25] Здесь (О взято в отрицательном направлении оси у. [c.26] Вернуться к основной статье