Разрушение при кручении стержней

В заключение выясним вопрос правильно ли мы поступали, ограничиваясь расчетом стержня на прочность по наибольшему касательному напряжению (68) и не следует ли учитывать главные нормальные напряжения Ответ на этот вопрос дают или пытаются дать теории прочности, рассмотренные в 68. Пока ограничимся ссылкой на три рисунка, изображающих вид разрушения при кручении стержней круглого профиля. [c.109]

Из сказанного следует, что при кручении во всех площадках стержня, кроме оси, имеет место двухосное, неоднородное напряженное состояние. Наиболее напряженными являются точки, расположенные на поверхности цилиндра. Характер разрушения при кручении зависит от способности материала стержня сопротивляться воздействию нормальных и касательных напряжений. [c.194]

Так, если материал плохо сопротивляется касательным напряжениям (действию сдвига), то первые трещины разрушения возникают по образующим в местах действия наибольших касательных напряжений. Например, в случае кручения деревянных валов с продольным расположением волокон трещины разрушения ориентированы вдоль образующей (рис. 213), поскольку древесина плохо сопротивляется действию касательных напряжений вдоль волокон. Если же материал плохо сопротивляется растягивающим напряжениям, как например чугун, то трещины разрушения при кручении пройдут по линиям, нормальным к действию главных растягивающих напряжений (рис. 214), т. е. по винтовым линиям, касательные к которым образуют угол 45" с осью стержня. Стальные валы на практике часто разрушаются по поперечному сечению, перпендикулярному к оси вала. Этот вид разрушения обусловлен действием в поперечном сечении касательных напряжений. [c.233]

Разрушение металлов при растяжении с наличием шейки, при срезе, кручении и изгибе обычно происходит по площадкам, очень близким к тем, на которых возникают наибольшие касательные напряжения. Хотя по углу излома не всегда можно сделать окончательное заключение о характере разрушения (отрыв или срез), однако в ряде случаев положение, а нередко и вид поверхности разрушения могут в этом отношении иметь решающее значение. Так, например, если разрушение при кручении происходит по площадкам, перпендикулярным к оси стержня, то несомненно, что оно обусловлено касательными напряжениями, так как по поверхности разрушения в этом случае нормальных напряжений вообще нет. [c.130]

Как уже указывалось в предыдущем параграфе, при кручении стержня вязкое разрушение невозможно, так как в этом случае размеры стержня не изменяются. Приведем полученное Л. М. Качановым [5] решение задачи определения времени хрупкого разрушения круглого стержня при кручении. [c.361]

Нахождение временного сопротивления кручению. При достаточно большом крутящем моменте закрученный образец разрушается. Характер разрушения оказывается различным в зависимости от материала. Образец из пластического материала, как правило, разрушается вследствие среза поперечного сечения, то есть сечения, в котором действуют основные касательные напряжения. Точно такие же по величине касательные напряжения действуют в продольных сечениях стержня вследствие закона парности, поэтому закрученный деревянный стержень расщепляется вдоль волокон. Наконец, при кручении стержней из хрупкого материала, например чугуна, наблюдаются характерные косые изломы. Как известно, чугун обладает низким сопротивлением отрыву, а напряженное состояние чистого сдвига в бесконечно малом элементе закрученного стержня приводится к растяжению — сжатию по двум направлениям, составляющим угол 45° с осью стержня (рис. 132). Поэтому существуют семейства винтовых поверхностей, пересекающих образующую [c.203]

Объясните, почему разрушение круглого деревянного стержня при кручении происходит по продольным площадкам, а стального стержня - по площадкам, совпадающим с поперечным сечением Какие напряжения ответственны за разрушение в том и другом случае [c.55]

Для оценки запаса прочности в этом случае надо применить изложенные ранее положения теории концентрации напряжений к результатам исследования разрушения при циклически изменяющемся многоосном напряженном состоянии, описанного в разд. 7.11—7.13. Анализируя состояния стержня с выточкой, изображенного на рис. 12.18, нетрудно видеть, что опасные точки как при действии циклически изменяющейся растягивающей силы, так и при действии циклически изменяющегося крутящего момента располагаются по всей окружности у основания выточки. Взяв какую-нибудь типичную опасную точку у вершины выточки, заметим, что на элементарный объем в этой точке будет действовать растягивающее напряжение о и напряжение от кручения показанные на рис. 12.18, причем каждое из этих напряжений должно определяться с учетом соответствующего коэффициента концентрации напряжений. [c.423]

Рассмотренная выше концепция вязкого разрушения, естественно, не отражает возможность хрупкого разрушения при малых деформациях. В частности, согласно рассмотренной схеме, в случае ползучести круглого стержня невозможно разрушение, так как при кручении не происходит изменение размеров стержня. [c.50]

Чугун по разному сопротивляется растяжению и сжатию, поэтому при кручении образца из чугуна его разрушение происходит от действия главных растягивающих напряжений сг , действующих под углом 45° к оси стержня. Поверхность разрушения чугунного образца располагается примерно под углом 45° к оси стержня. [c.181]

Рис. 106. Разрушенная (точки) и неразрушенная (штрихов ) ка) зоны поперечного сечения стержня при кручении

Рис. 97. Вид разрушения стального стержня при кручении

Рис. 98. Вид разрушения деревянного стержня при кручении

Рис. 99. Вид разрушения чугунного стержня при кручении

Стержни, работающие на кручение, обычно называют валами. Рассматривая кручение вала (например, по схеме, приведенной на рис. 206), легко установить, что под действием скручивающего момента, приложенного к свободному концу, любое сечение на расстоянии X от заделки поворачивается относительно закрепленного сечения на некоторый угол ф — угол закручивания. При этом чем больше скручивающий момент Мк, тем больше и угол закручивания. Зависимости ф = /Шк), называемые диаграммами кручения, можно получить экспериментально на соответствующих испытательных машинах с помощью специального записывающего устройства. Примерный вид такой диаграммы (полученной при постепенном увеличении нагрузки вплоть до разрушения) для вала длиной I, изготовленного из пластичного материала, показан на рис. 207. [c.227]

Подбор сечений для продольно сжатых стержней часто представляет собой решающую часть общего расчета конструкции, поскольку разрушение такого стержня обычно вызывает катастрофу. Более того, рассчитывать продольное сжатие стержней труднее, чем изгиб и кручение балок, поскольку поведение стержней при этом оказывается более сложным. Если длина продольно сжатого стержня значительно больше его ширины, то он может перестать выполнять свои функции вследствие потери устойчивости, т. е. вследствие изгибания и появления боковых прогибов, что происходит раньше, чем конструкция выйдет из строя непосредственно из-за сжатия. Потеря устойчивости может быть либо упругой, либо неупругой в зависимости от гибкости стержня. Ниже в первую очередь будет обсуждаться поведение длинных тонких стержней из упругого материала. [c.387]

Приведем последнее замечание, иллюстрирующее сложность явления разрушения. Если испытать на растяжение или изгиб цилиндрические образцы из одного и того же хрупкого материала (например, из фарфора), но различных размеров, то, как установлено экспериментаторами, прочность на разрыв оказывается тем меньшей, чем больше размеры образца. Аналогичные наблюдения были проведены при сравнении прочности на разрыв геометрически подобных цилиндрических стержней различных размеров, полученных путем механической обработки из одной и той же выплавки мягкой стали ). Вопрос о том, влияют ли размеры геометрически подобных образцов на их прочность при растяжении или изгибе для материалов, деформирующихся до разрушения лишь упруго, является пока открытым ввиду крайней трудности получения однородных образцов разных размеров (например, из таких материалов, как плавленый фарфор). С той же трудностью приходится сталкиваться и в отношении образцов, вырезанных из мягкой стали илп другого пластичного металла, предварительно подвергнутого холодной или горячей обработке—прокатке или ковке. Постулируя возможность существования масштабного фактора , влияющего на величину временного сопротивления хрупких материалов (как плавленый фарфор), В. Вейбулл ) развил статистическую теорию прочности материалов, которая объясняет понижение прочности крупных образцов по сравнению с мелкими тем, что для крупных образцов существует относительно большая вероятность образования различных трещин и дефектов. К тому же типу явлений следует отнести также и предполагаемое влияние пространственного градиента напряжений на прочность образцов, подвергнутых чистому изгибу или кручению. [c.216]

Опытами [4], [211 установлено, что в ряде случаев при избыточном количестве продольной и поперечной арматуры возможны случаи разрушения железобетонных элементов прямоугольного и таврового сечений, работающих на косой изгиб с кручением, по сжатому бетону ранее чем наступит текучесть в стержнях продольной и поперечной арматуры, пересекаемых наклонной трещиной. [c.201]

К сожалению, поверхностный слой оказывается слабым в результате того, что по нему происходит разрушение кристаллической решётки, что предопределяет появление концентраторов напряжений. А между тем точки, наиболее близко расположенные к наружной поверхности детали, при изгибе и кручении (круглые стержни) испытывают наибольшие нормальные СТ (рис. 1.14, а) и касательные т напряжения (рис. 1.14, б). [c.26]

Испытание на кручение имеет по сравнению с испытанием на растяжение то преимущество, что поперечное сече ние стержня остается неизменным до самого момента разрушения, следовательно, при испытании получается истинная диаграмма зависимости между т и у. Однако для получения этой зависимости непосредственно, в чистом виде, испытания следует производить над тонкостенными трубками. Образцы в форме тонкостенных трубок трудно изготовлять, кроме того, при скручивании трубок с очень малой толщиной стенки наблюдается потеря устойчивости. Это значит, что трубка, будучи закрученной, сплющивается. Испытания над тонкостенными трубками производятся весьма редко, в практике обычно испытывают на кручение сплошные [c.201]

РЕЗ — разрушение материала под действием касательных напряжений при любых способах нагружения (растяжении, кручении, сжатии, изгибе и др.). Наступлению С. всегда предшествует пластич. деформация, без к-рой разрушение от касательных напряжений называют сколом. Термин С. применяют для обозначения разрушения болтов, заклепок, шпилек и др. путем принудит, перемещения перпендикулярно оси срезаемого изделия. В этом случае различают одинарный С. (одна поверхность С.) и двойной С, (две поверхности С.). Однако у материалов с низким сопротивлением отрыву при таком нагружении может происходить разрушение путем отрыва по поверхностям, наклонным к оси стержня. В чистом виде С. обычно нельзя осуществить ввиду участия смятия, пек-рой доли изгиба п т. п. Наиболее приближается к условия.м чистого С. разрушение при кручении полых ци-линдрич. стерн<пей из пластичных материалов (по поверхностям, перпендикуляр-НЫ.М к оси стержня)., Я. в. Фридман. [c.195]

Уравнения предыдущих параграфов не позволяют предвидеть или объяснить то, что может происходить при разрушениях, начиная с того мгновения, когда они начинают обнарзокиваться. С этого мгновения напряжения меняются во всем теле опасная точка занимает ряд новых положений, и разъединение происходит последовательно так же, как это заметил Вика для случая вырывания железного таврового стержня, жестко заделанного в камень, поверхность разрушения может быть совершенно отличной от поверхности, на которой сумма сил, необходимых для одновременного разрушения, была бы наименьшей. Это случается также, когда разрушение при кручении началось в какой-то точке оно заканчивается для некоторых зернистых малосвязных материалов, которыми пользовался этот знаменитый инженер, некоторого рода изгибом относительно линий, сильно наклоненных к ребрам призм. Предыдущая теория имеет [c.75]

Сопротивление Д. кручению сравнительно редко встречается в практике. В качестве примера можно указать на деревянные мельничные валы,. пропеллеры в самолетостроении, причем последний случай работы Д. является весьма ответственным. Сопро ивление Д. кручению изучено сравнительно мало. Для испытаний на кручение необходимы специальные машины, дающие возможность осуществить крутящий момент. Образцы обычно имеют круглое сечение (точеное) с утолщенными головками квадратного сечения, которыми образцы укрепляются в бабках машины. При скручивании круглого стерукня в нем возникают касательные напряжения в плоскостях перпендикулярной и параллельной оси стержня. В однородном материале разрушение при кручении обычно происходит в виде перерезывания стержня поперек оси. В случае же скручивания образца из Д., ось к-рого совпадает с направлением волокон, разрушение всегда происходит вследствие образования продольных трещин от скалывания вдоль волокон, к-рое значительно меньше сопротивления перерезыванию поперек волокон. В конечном итоге сопротивление Д. кручению определяется ее сопротивлением скалыванию. Предел пропорционально1 ти при кручении (по Бобарыкову и Губеру) составляет не.многим более половины временного сопротивления для Д. хвойных и ок. 1/з для Д. лиственных. Временное сопротивление кручению (по Губеру) показано в табл. 12. [c.105]

Дерево, как известно, обладает ярко выраженной анизотропией упругих и прочностных свойств. Древесина имеет сравнительно низкую прочность на скалывание вдоль волокон Поэтому разрушение деревянного стержня при кручении начинается с образования продольных трещин от действия касательных напря.жений, возникающих на продольных площадках. Стальной стержень разрушается по поперечному сечению от действия возникающих там касательных напряжений. [c.55]

Допускаемую величину касательного напряжения при чистом сдвиге можно было бы определить таким же путем, как и при линейном растяжении и сжатии, т. е. экспериментально установить величину опасного напряжения (при текучести или при разрушении материала) и, разделив последнее на тот или иной коэффициент запаса прочности, найти допускаемое значение касательного напряжения. Однако этому на практике мешают некоторые обстоятельства. Деформацию чистого сдвига в лабораторных условиях создать очень трудно — работа болтов и заклепочных соединений осложняется наличием нормальных напряжений при кручении сплошных стержней круглого или иных сечений напряженное состояние неоднородно в объеме всего стержня, к тому же при пластической деформации, предшествующей разрушению, про 1сходнт перераспределение напряжений, что затрудняет определение величины опасного напряжения при испытаниях на кручение тонкостенных стержней легко может произойти потеря устойчивости стенки стержня. В связи с этим допускаемые напряжения при чистом сдвиге и кручении назначаются на основании той или иной теории прочности в зависимости от величины устанавливаемых более надежно допускаемых напряжений на растяжение. [c.145]

Вместе с тем обоснование прочности и надежности деталей машин и элементов конструкций при кратковременном, длительном и циклическом эксплуатационном нагружении остается трудно решаемой в теоретическом и экспериментальном плане задачей. Это в значительной степени связано со сложностью детерминированного и стохастического анализа напряженного состояния в элементах конструкций при возникновении упругих и упругопластических деформаций и ограниченностью критериев разрушения в указанных условиях при использовании конструкционных материалов с различными механическими свойствами. Трудности, возникающие при исследовании напряжений и деформаций в наиболее нагруженных зонах в упругой и неупругой области объясняются отсутствием аналитического решения соответствующих задач в теориях упругости, пластичности, ползучести и, тем более, в теории длительной циютической пластичности. К числу решенных таким способо.м задач мог т бьггь отнесены те, в которых определяются номинальные напряжения и деформации при растяжении-сжатии, изгибе и кручении стержней симметричного профиля, нагружении осевыми уси- [c.68]

Неравенство Сен-Венана (1.22) дает достаточное условие разрушения стрежня при кручении. Достаточное условие неразрушения стержня давали бы оценки т сверху. Такого рода оценки получены в работах [175, 229]. Они формулир)оотся в геометрических терминах через радиусы кругов, вписанных в область С, и характеристики кривизны границы дС. Например, в [229] показано, что для стержней, граница которых непрерьш-на всюду, за исключением конечного числа точек, и не имеет входящих углов [c.201]

При кручении сплоншых стержней с разной формой поперечного сечения и труб можно определить сдвиговую жесткость и прочность. Измерения прочностных характеристик материалов, армированных волокнами, в опытах на кручение сплошных стержней не проводятся, так как расчетные зависимости для стержней из анизотропных материалов сложны, разрушение материалов может произойти в нелинейной области диаграммы кручения — ф, [c.152]

Последний пример позволяет объяснить особенности разрушения стержней прн кручении. Вал, нзготовлшный из материала, имеющего прочность на растяжение, меньшую, <см на срез, например чугун, разрушается от разрыва по винтообразной поверхностн, на площадках которой перед разрушением действовали главные растягивающие напряжения (Таа- Одя стального вала более опасной оказывается деформащая сдвига, и ои разрушается от среза по поперечному сечению. У дерева наименьшая прочность на скалывание вдоль волокон, и поэтому при кручении прежде всего появляются продольные трещины между слояКш дерева [c.357]

Рассмотрена часть задачи, а именно только определение максимальных касательных напряжений Тща, которые определяют прочность стержня, но не дают ответа на вопрос, выдержит ли рассматриваемый стержень внешнюю нагрузку без разрушения или нет. Для решения поставленной задачи еще необходимо знать допускаемые напряжения [т], в сравнении с которыми максимальных напряжений Тшах и выносится решение о прочности или непрочнрости рассчитываемого вала. Определяется это с использованием условия прочности при кручении (3.2) [c.61]

Коробчатая конструкция отсека крыла успешно выдержала первые пять испытаний при статическом нагружении, одно из которых было проведено при напряжении, составляющем 73% расчетного для условий комбинированного воздействия изгиба и кручения. Затем были проведены усталостные испытания этой же конструкции па четыре ресурсных срока. Эти испытания состояли из 40 серий по 7000 циклов каждый. В канодой серии, в среднем в 6 циклах, напряжения достигали 80% максимальных. Перед проведением 21-й серии осмотр конструкции выявил появление пустот между стержнем (вертикальной стенкой) из боропластика и титановым наконечником переднего лопнгерона. Было также обнаружено повреждение в корневой части среднего лонжерона. После ремонта обоих поврежденных участков испытания были продолжены и завершены в намеченном объеме (40 комплексов). В декабре 1969 г. при статических испытаниях была достигнута остаточная прочность 120% критической расчетной. Разрушение произошло, как и ожидалось, по нижней крышке панели через крепежные отверстия у средней нервюры. Все испытания были проведены при комнатной температуре. [c.145]

Практическая важность угих глав обусловлена необходимостью обеспечения той раиновеснои формы упругой системы (сжатых стержней или иластии, балок на жестких или упругих опорах, цилиндрических оболочек и др.), которая принята конструктором в качестве исходной при расчете соответствующей деформации (сжатия, кручения или изгиба). Превышение так называемых критических, пли эйлеровых, нагрузок, вызванное нарушением расчетной схемы, может привести к аварийным ситуациям и к разрушению корпуса. В связи с этим большое значение приобретает правильное определение критических (эйлеровых) напряжений, позволяющих с учетом необходимого запаса прочности, который, в свою очередь, завпсит от достоверности знания внешней нагрузки, точности расчег-ных формул, уверенности в механических качествах материала и тщательности выполнения конструкции, назначить допускаемые напряжения. [c.47]

При изучении общих закономерностей процесса деформации, а также при исследовании связи между показателями прочности материала при растяжении и др. видах напряженного состояния часто пользуются истинными П. н. (см. Напряжение истинное). Истинный П. п. при растяжении характеризует отношение макс. нагрузки к фактич. площади поперечного сечения образца Р/, в момент достижения jP aK вычисляется по формуле 6 = о /(1—где г )(,— равномерное поперечное сужение образца. У конструкционных сталей средней прочности, алюминиевых и магниевых сплавов Sj, превышает Of, обычно на 8—12%, у высокопрочной стали— на 2—4%, у пластичных латуней и нек-рых марок нержавеющей стали — на 20—30%. Истинный П. п. при сжатни5 (, определяется путем деления разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения образца в момент разрушения. S f, всегда ниже сг и тем больше эта разница, чем пластичнее материал. Истинные П. п. при изгибе образца прямоугольного сечения шириной Ь и высотой h и кручении круглого стержня радиусом г вычисляются [c.47]

Сопротивление изгибу и кручению эмалевых покрытий невелико на стали и значительно больше на алюминии. Так, при толщине стальной пластины 1,0 мм эмалевое покрытие разрушается при угле загиба 2°. Чем тоньше лист и тоньше покрытие, тем больше угол загиба. Особой пластичностью обладают тонкослойные покрытия эмали на алюминии. По данным В. В. Варгина, Л. Л. Гуторовой и М. В. Серебряковой [18], алюминиевая пластина толщиной 1,3 мм, покрытая эмалью толщиной 0,07 мм, может быть согнута под углом 180° вокруг стержня с 9 мм без разрушения покрытия. [c.18]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...