Сжатие — Влияние надрезов

Сжатие — Влияние надрезов ч. 1. 99 [c.364]

На основании этой теории удалось объяснить явление тренировки металла при напряжениях, близких к пределу усталости, показать связь между величинами пределов усталости при растяжении, сжатии, изгибе и кручении, установить зависимость между пределом усталости при одноосном нагружении и сложном напряжении, а также в условиях асимметричного цикла, вывести зависимость между пределом усталости гладких образцов и образцов с надрезом и объяснить природу влияния концентрации напряжения. [c.52]

В более поздних работах было также показано, что резкие концентраторы напряжений придают образцам значительно более высокое сопротивление усталости, чем этого можно было ожидать, принимая во внимание их теоретические коэффициенты концентрации напряжений. Причем этот эффект наблюдается независимо от схемы приложения нагрузки. В качестве примера в табл. 1 приведены результаты исследования влияния радиуса при вершине кольцевого надреза на сопротивление усталости двух алюминиевых сплавов. Испытывали на изгиб с вращением образцы диаметром 12,7 мм из алюминиевого сплава (4,5 % Си 1,4 % Мп ап = 470 МПа) с кольцевым надрезом глубиной 1,9 мм и углом раскрытия 45°, а также на осевое растяжение-сжатие образцы диаметром 43,2 мм из алюминиевого сплава (4,4 % Си 0,7 % Mg Ств = 505 МПа) с кольцевым надрезом глубиной 5,1 мм и углом раскрытия 55 ".. В обоих случаях с уменьшением радиуса при вершине надреза амплитуда разрушающих напряжений цикла сначала значительно уменьшается, а затем, после достижения некоторого критического значения, заметно увеличивается. Интересно отметить, что в обоих исследованиях критический радиус при вершине надреза, соответствующий минимальной амплитуде разрушающих напряжений, оказался равным примерно 0,03 мм. [c.11]

Упругопластические деформации при знакопеременном цикле напряжений в вершине трещины (рис. 12,6), развившейся на некоторую глубину и вышедшей из зоны влияния исходного концентратора напряжений, существенно отличаются от деформаций в вершине концентратора. Приложение растягивающего напряжения вызывает в вершине трещины упругопластические деформации (кривая 0—1 ), по характеру сходные с деформациями в вершине концентратора. При этом, если радиус исходного надреза невелик, то значение деформации, характеризующей положение точки 1 лишь немногим больше, чем для точки 1 (см. рис. 12, а). Снятие внешней нагрузки вызывает изменение деформаций (/ —2 —3 ), также подобное наблюдавшемуся в вершине концентратора. Однако с приложением внешней сжимающей нагрузки закономерность упругопластического деформирования существенно меняется, так как трещина при уменьшении деформации до нуля полностью закрывается, в результате чего зона образца с трещиной может воспринимать сжимающие нагрузки. Напряжения сжатия, однако, не концентрируются у вершины трещины, как при сжатии зоны концентратора напряжений. Кривая деформаций в полуцикле сжатия, таким образом, будет выглядеть как 3 —4. Характерным в этом случае является отсутствие пластической деформации в полуцикле сжатия. Следовательно, при разгрузке кривая деформирования должна вернуться в точку 3, а последующее растяжение приведет ее в точку 5. Дальнейшее знакопеременное нагружение вызовет изменение деформаций по петле 5 —3 —4 —3 —5. Сравнивая работу циклического упругопластического деформирования, определяющуюся пло- [c.28]

Влияние среднего напряжения цикла проявляется также в изменении критического радиуса надреза, обусловливающего-возникновение нераспространяющихся усталостных трещин. Как указывалось выше, критический радиус надреза при изгибе с вращением или растяжении-сжатии по симметричному циклу нагружения можно считать постоянным, не зависящим от глубины надреза и диаметра минимального сечения. Так как критический радиус надреза соответствует равенству предельных напряжений, необходимых для возникновения трещин и для полного разрушения образца (при этом возникновение трещины определяется главным образом амплитудой напряжения, а на распространение трещины влияет максимальное растягивающее напряжение), можно предположить, что критический радиус надреза Гкр должен зависеть от среднего напряжения От. Действительно, экспериментально определенный при осевом нагружении латуни критический радиус надреза Гкр зависит от среднего напряжения цикла. Так, для средних напряжений —50, [c.90]

Влияние среднего напряжения цикла на развитие усталостных трещин исследовали также на плоских образцах из низкоуглеродистой стали (0,098 % С 0,01 % Si 0,44% Мп 0,13 /оР 0,27% S 0,04% Си 0,02 %Сг 0 = 309 МПа ах = 231 МПа t = = 69,5%). Испытывали на усталость при осевом растяжении-сжатии с частотой циклов 1000 1/мин образцы различной (от 10 до 20 мм) ширины, толщиной 4 мм с резкими концентраторами напряжений в виде двусторонних боковых надрезов. Теоретический коэффициент концентрации напряжений составлял ас = = 5. .. 7. Испытания проводили при варьировании в широких пределах среднего напряжения цикла и амплитуды напряжений. В результате исследования было установлено, что на скорость роста трещины среднее напряжение цикла оказывает значительно меньшее влияние, чем амплитуда напряжений. Вместе с тем увеличение среднего напряжения цикла в области [c.90]

В работе [103] исследовано влияние усталости на критическую температуру хрупкости Т р зон стыковых сварных соединений сталей ВСт.Зсп и ЮХСНД. Накопление усталости произведено на цилиндрических образцах диаметром 11 мм с острым надрезом (г=0,25 мм, глубина 1,75 мм) при растяжении — сжатии с частотой 20-10 Гц, как и в работе [77]. Критическая температура определялась по уровню u iv = 2 кгм/см . [c.79]

I. Предварительные замечания. В 2.11 и 2.13 были описаны статические кратковременные испытания гладких образцов из различных материалов на растяжение и сжатие при комнатной температуре. Предыдущие параграфы настоящей главы содержат описание различных упругих и механических свойств материалов и оценку влияния различных факторов на эти свойства. Уже при этом обсуждении приходилось обращаться к результатам динамических испытаний (при определении сопротивляемости ударному воздействию и при оценке влияния скорости деформирования на различные свойства), кратковременных и длительных испытаний при высоких температурах (при определении предела длительной прочности и предела ползучести, а также при оценке влияния температурного фактора на различные свойства), длительных испытаний при переменных по величине и знаку нагрузках, длительных испытаний при комнатной температуре и постоянной нагрузке и при монотонно убывающей нагрузке. Приходилось, наряду с рассмотрением результатов испытания гладких образцов, обращаться и к анализу материалов испытаний образцов с надрезом указывалось, что, кроме непосредственного определения интересующих инженера свойств материала, существуют косвенные пути оценки этих свойств (при помощи определения твердости) отмечалось, что, [c.298]

Влияние различного количества циклов на усталостную прочность образцов с надрезом, подвергнутых растяжению - сжатию [c.105]

Результаты, показанные ка рисунке, значительно различаются в зависимости от того, принимали ли в качестве времени до разрушения обш,ее время приложения нагрузки или чистое время приложения напряжений растяжения. В последнем случае время до разрушения приближается к времени до разрушения при ползучести при постоянном напряжении, в частности, образцов, с надрезом. На рис. 5.8 показано, что при циклической ползучести нержавеюш,ей стали 316 время до разрушения, если определять это время суммированием времени приложения напряжений растяжения а , почти не зависит от величины напряжений сжатия 0(. и определяется только напряжениями растяжения. Необходимо отметить, что указанное время до разрушения почти не зависит от амплитуды полной деформации. Кроме того, из представленных результатов следует, что если считать, что напряжения сжатия не оказывают непосредственного влияния на время до разрушения при циклической ползучести, то повреждения ползучести при высокотемпературной малоцикловой усталости с заданной амплитудой деформации (т. е. при испытаниях с циклическим изменением деформации) определяются как [c.136]

Как известно, увеличение градиента напряжения при изгибе приводит к повышению усталостной прочности по сравнению с растяжением — сжатием. Однако положительное влияние градиента от изгиба оказывается существенным лишь для гладких образцов и относительно небольшим для надрезанных, у которых имеет место резкий градиент напряжений, обусловленный концентрацией напряжений от надреза. [c.123]

Влияние способа нагружения на поведение надрезанных образцов определяется ускорением развития трещины от действия растягивающих напряжений и деформаций и, соответственно, замедлением развития трещины при сжатии. Поэтому чувствительность к надрезу при растяжении и изгибе, как правило, выше, чем при кручении, а при сжатии эта чувствительность часто вовсе не проявляется. [c.134]

Образцы серии НС, имевшие в районе надрезов начальные напряжения сжатия, показали некоторое увеличение вибрационной прочности по сравнению с образцами серии И, не имевших остаточных напряжений. Предел выносливости образцов серии НС оказался равным СТ-1 = 11,1 кг/мм , что на 4% выше предела выносливости образцов серии И. Такое повышение свидетельствует о благоприятном влиянии сжимающих остаточных напряжений на вибрационную прочность. С другой стороны, предел выносливости образцов серии Ш, имевших в районе надрезов остаточные напряжения растяжения оказался на 6% меньше предела выносливости образцов серии И. Это свидетельствует об отрицательном действии начальных растягивающих напряжений на вибрационную прочность. [c.116]

Предварительное растяжение приводит к значительному повышению предела выносливости образцов с надрезами. При этом основное значение имеет изменение остроты надрезов (увеличение радиуса надреза) и местное упрочнение металла. Кроме того, при этом сказывается и благоприятное влияние остаточных напряжений сжатия, которые создаются предварительным растяжением образцов. [c.122]

Для серого чугуна сказывается преобладающее влияние эффекта надреза из-за присутствия графитных включений, и состояние основной перлитной составляющей не оказывает существенного влияния на его прочность. Строением чугуна объясняется также и то обстоятельство, что его прочность нри сжимающей нагрузке значительно выше, чем при растягивающей нагрузке, так как при сжатии эффект надреза из-за присутствия графитных включений не проявляется, и условия начала хрупкого разрушения не имеют места. [c.451]

То обстоятельство, что прн известных условиях возможно хрупкое разрушение тела при статическом нагружении на низком уровне напряжения по сравнению с прочностью и при способности металла к значительным пластическим макродеформациям, было известно еще в прошлом столетии. Результаты испытаний образцов с острым надрезом при з даре показывали, что при температуре материала ниже известного предела количество энергии, необходимой для разрушения образца, существенно уменьшается, и излом приобретает хрупкий характер. Однако, в то время не были известны закономерности хрупкого разрушения и не существовало объяснения явления хрупкости материала. Представления о статической прочности (например, Баха или Мора) основывались на результатах испытаний гладких образцов при растяжении и сжатии и на рассмотрении материала как однородной среды. При таком рассмотрении не представлялось возможным создать модель возникновения и распространения трещины с учетом влияния условий нагружения на характер разрущения тела. [c.452]

Исследованы механизмы разрушения материалов, армированных волокнами при статическом и циклическом нагружениях. Показана важность и Необходимость рассмотрения разрушения композитов на микроуровне. Причина этого заключается в первую очередь в присущей этим материалам неоднородности и анизотропии, приводящим к существованию многочисленных плоскостей слабого сопротивления (например, сдвигу и поперечному отрыву), по которым, как правило, распространяются трещины. В начале главы коротко рассмотрены виды разрушения однонаправленных слоистых композитов без надрезов при растяжении — сжатии в направлении армирования и перпендикулярном направлении, а также при сдвиге. Акцент сделан на особенностях разрушения этих композитов на уровне компонент. Макроповедение композитов оценивалось на основании анализа неустойчивого развития повреждений, возникших на микроуровне. При помощи модели, названной моделью сдвигового анализа, учитывающей неоднородность композита на микроуровне, теоретически обосновано аномальное влияние диаметра отверстия в слоистом композите на несущую способность. Этот метод анализа также использован для моделирования поведения слоистого композита со сквозным отверстием. [c.33]

Теоретическое исследование нераспространяющихся усталостных трещин может быть проведено на основе анализа амплитуд истинных напряжений, действующих в вершине трещины, и условий достижения этими амплитудами критического значения с учетом влияния скорости нагр жения и температуры. Будет ли дальше распространяться возникшая и развившаяся на некоторую глубину усталостная трещина в вершине надреза при дальнейшем увеличении числа циклов нагружения, зависит от того, превышает или нет амплитуда истинного напряжения в зоне у вершины трещины критический предел прочности материала [21. Если амплитуда истинного напряжения у вершины трещины превышает критическое напряжение, то в рассматри-ваемой зоне возникает новая усталостная трещина. Если же критическое напряжение достигнуто не будет, то дальнейшего развития трещины не произойдет и такая трещина станет нерас-пространяющейся. Это предположение основано на экспериментах, в которых было показано, что пределы выносливости образцов с развившейся на некоторую глубину трещиной при испытании на растяжение-сжатие практически не зависят от номинального среднего напряжения цикла, а зависят только от амплитуды номинального напряжения. [c.58]

Специальные исследования влияния размеров образцов на образование нераспространяющихся усталостных трещин были проведены В. Линхартом при испытаниях на симметричное растяжение-сжатие больших -плоских образцов из нйзкоуглероди- стой стали со следующим химическим составом (%) и механическими свойствами после нормализации 0,11 С 0,30 Si 0,45 Мп 0,026 Р Ов = 421 МПа ат = 277 МПа 6 = 37,1 % гр = = 61,8 %. Образцы имели различную ширину (50, 100 и 200 мм) при одинаковой толщине 8 мм. Каждый образец имел концентраторы напряжений в виде двух боковых V-образных надрезов (глубина t = b мм, радиус при вершине г = 0,5 мм, угол раскры- [c.79]

Результаты исследований И. А. Одинга и его сотрудников были подтверждены работами [76—78]. В них исследовалось влияние предварительного циклического деформирования на прочность и пластичность технического железа и сталей Ст. Зкп и 38ХА методом осциллографирования на копре ПСВО-1000. Образцы имели цилиндрическую форму диаметром 11 мм с нормальным надрезом (радиус 1 мм, глубина 2 мм). Циклическое нагружение выполнялось на растяжение— сжатие с частотой 20 000 Гц при амплитудах напряжений от 0,91 до 1,26 0-1. Критическая температура хрупкости определялась по величине ударной вязкости а =4 кгс-м/см . Наиболее чувствительной к усталости оказалась малоуглеродистая ст-аль кипящей плавки, критическая температура хрупкости которой под влиянием усталости повысилась на 60°С (с —10 до -]-50°С). Критическая температура хрупкости отожженного технического железа и стали 38ХА улучшенной повысилась на 30°С. При этом для исследованных сталей были установлены некоторые закономерности влияния усталости на температурную зависимость ударной вязкости. [c.50]

Испытание образцов с надрезами при однократном нагружении. Ввиду наличия в различных деталях машин и других изделиях всевозможных канавок, вьггочек, отверстий, нарезок, галтелей, необходимых для конструктивных и эксплуатационных целей, возникла необходимость выяснить чувствительность материала к надрезам, для чего производится сопоставление результатов испытания материала в гладких образцах и образцах с надрезом. Наряду с этим определяют и абсолютные значения характеристик материала при наличии надреза в образце. В большинстве случаев налрез снижает пластичность и вязкость материала и мало влияет на прочность. Испытания производят при различных видах деформации образца (растяжение, сжатие, кручение, изгиб), различных геометрических параметрах надрезов, различных абсолютных размерах образцов все эти факторы оказывают существенное влияние на чувствительность к надрезу. Рассматривают чувствительность материала к надрезу по признаку прочности, деформации, вязкости. Наибольшее значение имеют исследования, в которых образцы доводятся до разрушения. В надрезанных образцах, в силу концентрации напряжений, пластические деформации локализуются областью надреза и характер разрушения образца, хрупкий при неинструментальном осмотре, оказывается на самом деле пластичным, что обнаруживается при микроскопическом изучении. [c.301]

Когда создан сварной шов, в игру вступает несколько дополнительных факторов. Во-первых, в зоне термического влияния возникает остаточное напряжение оно может сложиться с напряжением, порождаемым объемным сжатием, и ускорить процесс охрупчиваюшего старения. Во-вторых, усиление сварного шва может порождать явления надреза и вызывать дополнительное локальное пластическое деформирование в зоне термического влияния сварного шва. В-третьих, подвод тепла в период сварки вызывает изменение в типе и морфологии карбидных выделений в зоне термического влияния и может привести к растворению других выделений это сопровождается охрупчиванием в зоне промежуточных температур из-за повторного выделения фаз в процессе старения. [c.286]

Согласно последнему исследованию Е. М. Шевандина и его сотрудников [168] влияния концентрации напряжения на усталостную прочность стали в воздухе установлено, что с увеличением остроты надреза концентратора и ростом коэффициента концентрации напряжений как при изгибе, так и при растяжении — сжатии происходит уменьшение усталостной прочности малоуглеродистой и низколегированной сталей до экстремального значения и при дальнейшем увеличении остроты надреза усталостная прочность практически не изменяется. Наименьший радиус надреза, отвечающий достижению экстремального значения усталостной прочности, может быть назван предельным. При изгибе и растяжении — сжатии для образцов сечением 30—60 мм он имеет величину около 0,3 мм (в среднем 0,2—0,5 мм). [c.123]

Остаточные растягивающие напряжения вызывают понижение выносливости стали в воздухе. Особенно проявляется влияние этих напряжений при наличии концентраторов напряжений чувствительность к надрезам в этом случае возрастает иногда даже вдвое. Возможно, что остаточные напряжения имеют большее влияние на выносливость грубообработанных деталей, чем тонкообработанных действительно, имеются опытные данные [185], показывающие, что остаточные напряжения сжатия имели более благоприятное влияние на выносливость необработанных (после прокатки) образцов, чем обработанных. Но этот вопрос требует еще исследования. [c.136]

Можно проследить некоторые особенности изменения прочности стеклопластиков при динамических испытаниях. Во всем диапазоне скоростей диаграммы деформирования при сжатии и растяжеиии принципиально не изменяются. Несмотря на кажущееся увеличение хрупкости связующего (уменьшение предельных деформаций), деформация стеклопластиков с увеличени-ем скорости деформирования не уменьшается. Увеличение скорости движения бойка при ударе с 500—600 до 1000—1100 м/сек не приводит к существенному увеличению прочности, полученной при меньших скоростях испытания. Концентрация напряжений (надрезы, отверстия) не оказывает существенного влияния на динамическую прочность стеклопластиков, причем влияние концентрации напряжений при действии низких температур в условиях ударного нагружения не увеличивает опасность хрупкого разрушения по сравнению со статическим нагружением. [c.48]

Образцом с трещиной может считаться всякое тело в заключительной стадии разрушения. Поэтому наряду с испытаниями образцов с исходными трещинами почти всякое механическое испытание до разрушения гладкого или надрезанного образца в той или иной мере включает в себя оценку чувствительности к трещине. Интенсивное изучение в последние годы как математическими, так и экспериментальными методами процесса разрушения и влияния трещин на механические свойства материалов объясняется большим практическим значением этого вопроса. Основные данные и закономерности поведения образцов с трещиной получены при растяжении, изгибе или сочетании растяжения с изгибом, осуществляемом главным образом при внецентренном растяжении, в которое обычно переходит и исходное осевое растяжение ввиду несимметричного развития трещины.. Кручение и сжатие образцов с трещинами изучалось гораздо меньше (см., например [21, с. 141]). Наличие трещины сильнее, чем надрез, локализует деформацию и разрушение, при этом резко увеличивается локальное энергоснабжение. Поэтому материалы, особенно высокопрочные, с недостаточной способностью к местному энергопоглощению часто оказываются чувствительными к трещине. При этом наличие трещины резко снижает не только пластичность, но и прочность (рис. 18.11). Естествен- [c.121]

Испытания на ударный изгиб по Шнадту [1, 2, 105] позволяют оценить чувствительность материала к надрезу. Испытания проводят на образцах с переменной остротой надреза и неизменным живым сечением (см. рис. 26). Чтобы устранить искажающее влияние деформации сжатия, в отверстие диаметром 5 мм на скользящей посадке вставляют каленый стальной штифт. Все точки рабочего сечения образца испытывают напря- [c.194]

Рекомендаций но выбору размеров образцов с надрезами (длины, ширины, толщины) кроме установленных стандартом ASTM не имеется. На практике такие образцы часто выбираются по конструктивным и технологическим соображениям. Однако и здесь уместна некоторая предосторожность, объясняемая особенностями растяжения или сжатия образцов из армированных пластиков (передача усилий, влияние ширины образцов, масштабный эффект и т. д.). [c.147]

Однако кроме указанного выше изменения химического состава поверхности, связанного со способом изготовления образцов,, важное значение могут иметь и физические воздействия. Пакстон и Проктер [8] в своем обзоре привели некоторые сведения о влиянии механической обработки и шлифовки на чувствительность к коррозионному растрескиванию. Это влияние обусловлено топографией поверхности и образованием внутренних напряжений в поверхностных слоях образцов. Первое наиболее важно для высокопрочных материалов, чувствительных к надрезу напряжения сжатия, возникающие в поверхностных слоях, по-видимому, оказывают обычный эффект,, способствуя торможению или предотвращению растрескивания. [c.317]

Вторым существенным фактором положительного влияния остаточных напряжения сжатия на сопротивление усталости является то, что они не дают возможность раскрытия поверхностных дефектов в виде макро- и микротре-нщн, блокируют отрицательное действие концентраторов напряжений путем перераспределения напряжений у дна надреза. При этом увеличивается инкубационный период до зарождения трещины и скорость ее последующего распространения. Иногда остаточные напряжения сжатия приводят к закрытию и залечиванию микротрещин в результате диффузионной сварки их краев. Остаточные же напряжения растяжения, наоборот, способствуют раскрытию макро- и микродефектов, проникновению в поверхностные трещины внешней среды, ускоряя коррозионные процессы, увеличивая напряжения растяжения в вершине трещины за счет расклинивающего действия продуктов коррозии и уменьшая в конечном итоге коррозионно-усталостную прочность и стойкость к коррозионному растрескиванию. [c.93]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...