Несущая способность хрупких материалов

Анализ процессов разрушения, вызванных тепловыми воздействиями, свидетельствует о том, что для оценки прочности конструктивных элементов недостаточно таких традиционных механических характеристик, как предел прочности, модуль упругости и т. д., так как несущая способность хрупких теплоизоляционных материалов в таких условиях определяется также характером и степенью неравномерности температурного поля и, следовательно, напряженного состояния, которые зависят от теплофизических характеристик и условий работы. [c.278]

Не всегда вычисленные выше изгибные напряжения следует рассматривать как расчетные. Дело в том, что эти напряжения носят явно выраженный местный характер. Между тем известно, что для пластичных материалов резкие перенапряжения в узкой области при статическом нагружении не сказываются существенным образом на несущей способности системы. Так, в рассмотренной цилиндрической трубе в зоне сопряжения с фланцем при увеличении давления произошло бы местное пластическое обмятие материала, а несущая способность трубы не пострадала бы. Вместе с тем местные напряжения имеют существенное значение для хрупких материалов, а также в случае изменяющихся во времени нагрузок. Этот вопрос специально будет рассмотрен в гл. 12. [c.432]

Несущая способность деталей из материалов малопластичных и склонных к хрупкому разрушению. Напряженное состояние для деталей из материалов, склонных к хрупкому разрушению вплоть до разрушения, обычно остается в пределах упругости. Если модуль упругости при растяжении и сжатии одинаков, то запас прочности определяется по напряжениям [c.443]

Существенное повышение требований по обеспечению несущей способности машин и конструкций, как отмечалось выше, связано с интенсивным развитием в последние десятилетия криогенной техники. При этом одним из основных путей повышения несущей способности явилось применение специальных конструктивных форм и соответствующих материалов, увеличивающих сопротивление хрупкому разрушению. [c.74]

Известные в литературе модели хрупкого разрушения тел с трещинами не учитывают изменение реологических свойств материалов в пластически деформируемой зоне у вершины трещины при циклическом нагружении образцов и динамический характер распространения трещины при ее нестабильном развитии и поэтому не позволяют прогнозировать влияние режимов циклического нагружения на характеристики вязкости разрушения и закономерности перехода от усталостного к хрупкому разрушению конструкционных сплавов. Это не позволяет обосновать расчеты предельной несущей способности и долговечности тел с трещинами при циклическом нагружении с учетом стадии их нестабильного развития и ответить на практически важные вопросы в каких случаях циклически нагружаемая конструкция с трещиной разрушится при нагрузках меньших, чем нагрузка, которую она может выдержать при статическом нагружении при каких условиях полное разрушение конструкции произойдет при первом скачке трещины, а при каких — после определенного числа скачков. [c.210]

Для проверки теоретических представлений о разрушении дисков проведены исследования, обобщенные в работах [55, 58, 87], с целью выяснения влияния пластичности материала и концентрации напряжений на несущую способность дисков. Для пластичных материалов влияние концентрации напряжений при однократном приложении нагрузки на предельную нагрузку (обороты) невелико. Учет реальных геометрических параметров и напряженного состояния в расчете упругопластического поведения материала при нагружении вплоть до разрушения обеспечивает получение результатов, достаточно близких к экспериментальным. Для хрупких и неоднородных материалов влияние концентрации напряжений даже при однократном на- [c.132]

Обсуждая вопрос о выборе безопасных напряжений, Понселе высказывается в пользу теории наибольшей деформации, утверждая, что потеря несущей способности наступает, когда наибольшая деформация достигает некоторого определенного предела. Так, в частности, условие разрушения при сжатии хрупких материалов, таких, как камень или чугун, определяется поперечным расширением. Теории наибольшей деформации неизменно придерживался впоследствии Сен-Венан, и она встретила широкое признание на материке Европы, в то время как английские авторы продолжали основывать свои расчеты на наибольшем нормальном напряжении. [c.111]

Несущая способность элементов ПТМ зависит от прочностных размеров и конфигурации деталей, механических характеристик материала, из которого они изготовлены, термической и холодной обработки поверхности и внутренних слоев материала. Окружающая среда влияет на несущую способность через температуру, влажность, различные особенности, делающие ее агрессивной. При низких температурах многие материалы переходят из вязкого состояния в хрупкое. [c.119]

Несущая способность деталей из материалов малопластичных и склонных к хрупкому разрушению [c.346]

Для ряда легированных сталей в улучшенном состоянии, чугунов и пластмасс предельная несущая способность определяется величиной нагрузки, разрушающей деталь. В табл. 12 даны выражения для несущей способности в зависимости от формы сечения для хрупких материалов, если они обладают одинаковыми [c.346]

В местах сопряжения оболочки с другими элементами или в местах скачкообразного изменения радиусов кривизны (рис. 10, в, г) изгиб имеет другой характер здесь изгиб развивается лишь в той мере, в какой это необходимо для вьшолнения условий сопряжения. При пластичном материале оболочки изгибные деформации этого типа с увеличением нагрузки обычно затухают и практически не влияют на несущую способность. При хрупком материале оболочки напряжения изгиба остаются пропорциональными нагрузке вплоть [c.394]

Кольца жесткости устанавливают только на аппаратах, изго- товленных из пластичных материалов (стали, меди и др.). Так кай возникающие меридиональные напряжения при постановке колец жесткости являются краевыми, имеют местный характер и пластические деформации в зоне установки колец существенно не снижают несущей способности обечайки, то местные изгибные напряжения можно в расчет не принимать. Установка колец жесткости на обечайках, изготовленных из хрупких материалов, например, из чугуна, только ухудшила бы работу обечайки. Следует, однако, заметить, что установка колец жесткости на таких обечайках и не требуется, так как они получаются достаточно толстыми и устойчивыми. [c.110]

Появление микротрещин большей частью не отражается на несущей способности деталей, выполненных из пластичных материалов, так как трещина в пределах одного зерна создает дополнительные внутренние силы того же порядка, что и силы, возникающие благодаря дефектам структуры материала. В случае хрупких материалов последние могут вызвать разрушение детали. [c.582]

В восемнадцати предшествующих главах были изложены различные разделы механики деформируемого твердого тела, при этом практическая направленность каждого из них не очень акцентировалась. Но основная область приложения механики твердого тела — это оценка прочности реальных элементов конструкций в реальных условиях эксплуатации. С этой точки зре-нпя различные главы приближают нас к решению этого основного вопроса в разной степени. Классическая линейная теория упругости формулирует свою задачу следуюш им образом дано пекоторое тело, на это тело действуют заданные нагрузки, точки границы тела претерпевают заданные перемещения. Требуется определить поле вектора перемещений и тензора напряжений во всех точках тела. После того как эта задача решена, возникает естественный и основной вопрос — что это, хорошо или плохо Разрушится сооружение или не разрушится Теория упругости сама по себе ответа на этот вопрос не дает. Правда, зная величину напряжений, мы можем потребовать, чтобы в каждой точке тела выполнялось условие прочности, т. е. некоторая функция от компонент о.-,- не превосходила допускаемого значения. В частности, можно потребовать, чтобы нигде не достигалось условие пластичности, более того, чтобы по отношению к этому локальному условию сохранялся некоторый запас прочности, понятие о котором было сообщено в гл. 2 и 3. Мы знаем, что для пластичных материалов выполнение условия пластичности в одной точке еще не означает потери несущей способности, что было детально разъяснено на простом примере в 3.5. Поэтому расчет по допустимым напряжениям для пластичного материала безусловно гарантирует прочность изделия. Для хрупких материалов условие локального разрушения отлично от условия наступления текучести и локальное разрушение может послужить началом разрушения тела в целом. Поэтому расчет по допускаемым напряжениям для хрупких материалов более оправдан. Аналогичная ситуация возникает при переменных нагрузках и при действии высоких температур. В этих условиях даже пластические материалы разрушаются без заметной пластической деформации и микротрещина, возникшая в точке, где 42 [c.651]

Для курса сопротивления материалов, отражающего развитие механики деформируемого твердого тела и усовершенствование расчета на прочность современных конструкций, все более актуальным становится освещение вопросов механики разрушения как основы оценки несущей способности по сопротивлению хрупкому и усталостному разрушению. Эти критерии несущей способности в свете закономерностей распространения макроразру-щения входят в тесную связь между собой, существенно углубляя представления о кинетике образования предельных состояний и запаса прочности в процессе исчерпания ресурса при работе изделий. [c.3]

Необходимость расчета на сопротивление хрупкому разрушению определяется существованием хрупких или квазихрупких состояний у элементов конструкций. Основным фактором, определяющим возникновение таких состояний для сплавов на основе железа в связи с присущим им свойством хладноломкости, является температура. На рис. 3.1 показаны области основных типов сопротивления разрушению в зависимости от температуры. При температуре, превышающей первую критическую Гкрь для сплавов, обладающих хладноломкостью, а также для материалов (сплавы на основе магния, алюминия, титана), не обладающих хладноломкостью, в диапазоне рабочей температуры имеют место вязкие состояния. В этом случае предельные состояния наступают лишь после значительной пластической деформации и существенного перераспределения полей деформаций и напряжений в элементах конструкций. Скорость распространения возникающих вязких трещин в этих состояниях оказывается низкой. Вопросы несущей способности и расчета на прочность в этих условиях рассматривают на основе представлений о предельных упругопластических состояниях, анализируемых на основе методов сопротивления материалов и теории пластичности. Позднее возникновение и медленное прорастание трещин при оценке несущей способности, как правило, не учитываются. [c.60]

Процессы усталостного повреждения, условия возникновения и распространения трещин под циклической нагрузкой носят случайный характер, так как тесно связаны со структурной неоднородностью материалов и локальным характером разрушения в микро- и макрообъемах. Усталостные разрушения обычно возникают на поверхности, поэтому качество и состояние поверхности часто является причиной случайных отклонений в образовании разрушения. Эта особенность усталостных явлений порождает существенное рассеяние механических характеристик, определяемых при испытании под циклической нагрузкой. Рассеяние свойств при усталостном разрушении значительно превышает рассеяние свойств при хрупком и вязком разрушениях. В связи с этим статистический анализ и интерпретация усталостных свойств материалов и несущей способности элементов конструкций позволяют отразить их вероятностную природу, являющуюся основным фактором надежности изделий в условиях длительной службы. [c.129]

Характер разрушения. Композиционные материалы, изготовленные на основе внекеризованпых волокон, при испытании на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг не обнаруживают расслоения, свойственного обычным стекло-, угле- н боропласти-кам. Растяжение образцов из этих материалов не сопровождается акустической эмиссией, характерной дли испытания композиционных материалов, образованных системой двух и трех нитей разрушение образцов при всех указанных видах нагружения происходит мгновенно. Это свидетельствует о том, что несущие способности матрицы, укрепленной нитевидными кристаллами, и волокон исчерпываются одновременно. Для этих материалов характерен хрупкий вид разрушения как при испытаниях их на растяжение, сжатие, так п при изгибе и сдвиге. [c.216]

Сопротивление отрыву представляет собой важнейшую характеристику клеевых соединений, в особенЕЮСти для конструкций, работающих при высоких температурах, так как в этих случагЕх приходится пользоваться хрупкими материалами, плохо работающими на отрыв. В таких системах часто с увеличением протяженности нахлестки падает удельная несущая способность. Это связано с тем, что высокий модуль упругости не позволяет перераспределить высокие местные напряжения, возникающие по концам клеевого соединения. [c.94]

Большой комплекс исследований выполнен проф., докт. техн. наук М. Н. Гапченко по изучению влияния технологических факторов (неоднородности металла, технологических напряжений и дефектов) на свойства сварных соединений. В результате исследований установлены закономерности влияния этих факторов и предложены рекомендации по повышению несущей способности сварных соединений и конструкций, снижению чувствительности сварных конструкций к хрупкому разрушению. Показана возможность регулирования в больших пределах агрегатной прочности и энергоемкости сварных соединений из высокопрочных материалов путем изменения объема мягкой прослойки. Показано, что термическое упрочнение является эффективным средством снижения чувствительности металла шва к концентраторам напряжений. Изучено влияние скорости приложения нагрузки на проч- [c.24]

Силовые критерии получили распространеш е при хрупком и ква-зихрупком разрушении материалов с трещинами, когда номинальные разрун1ающие напряжения не превышают примерно 0,6 предела текучести материала и де юрмирование перед разрушением происходит упруго или при незначительных размерах зон пластической деформации у вершины трещины. Силовые критерии позволяют при обеспечении определенных условий по характеристикам, полученным при испытаниях образцов, определять предельную несущую способность тел с трещинами, имеющих различные размеры и < юрму, что важно для практики. [c.19]

Макроскопические характеристики усталостного разрушения металлов и волокнистых композиционных материалов очень похожи, хотя на микроуровне они различаются очень сильно. Хрупкие материалы, такие как стекло, углерод и бор, не снижают свою несущую способность при циклических нагрузках в отличие от пластически деформируемых материалов. Следовательно, композиционные материалы на основе хрупких волокон должны обладать высокой усталостной выносливостью, если волокна выдерживают основную нагрузку. Это предположение выполняется в случае пластиков, армированных однонаправленными углеродными и борными волокнами при усталостных испытаниях на одноосное напряжение. Диаграммы зависимости максимального напряжения от числа циклов до разрушения (диаграммы а—N) для таких материалов действительно практически горизонтальны и при циклических нагрузках, лежащих ниже полосы разброса статической прочности при растяжении, истинное усталостное разрушение практически не наблюдается. Бимон и Харрис [140], а также Оуэн и Моррис [141] получили одинаковые результаты для карбопластиков на основе эпоксидных и полиэфирных связующих [c.136]

К настоящему времени в СССР и за рубежом усилиями многих ученых осуществлены важные исследования явлений хрупкого разрушения твердых тел как в плане решения соответствующих краевых задач механики и создания физически более обоснованных критериев разрушения, так и в области разработок методов оценки склонности конструкционных материалов к хрупкому разрушению (см., например, обзоры в работах [9, 82, 118, 145]). Необходимость в таки исследованиях обуслоЬ-лепа, с одной стороны, тем, что высокопрочные конструкционные материалы (например, жаропрочные сплавы, упрочненные стали, металлокерамические материалы, некоторые пластмассы), как правило, являются хрупкими материалами, т. е. такими, которые уже при нормальных температурах и малых скоростях нагружения разрушаются путем распространения трещины без предварительных пластических деформаций макрообъемов тела. (При низких температурах, повышенных скоростях нагружения, воздействии некоторых поверхностно-активных сред, наводороживании и в других условиях, приводящих к ограничению пластического течения конструкционного материала, его разрушение путем распространения трещины доминирует). С другой стороны, реальные условия эксплуатации конструкции всегда предусматривают наличие некоторой жидкой или газовой среды. Эта среда проникает в деформируемое тело (элемент конструкции) через его структурные несовершенства — дефекты (макро- или микротрещины, границы зерен, включений) и особенно интенсивно взаимодействует с участками тела, деформированными за предел упругости. К таким участкам относятся окрестности резких концентраторов напряжений (трещины, остроконечные полости или жесткие включения и др.). Именно в окрестности подобных дефектов среда, изменяя физико-механические свойства деформируемого материала, в первую очередь его сопротивление зарождению и развитию трещины, оказывает существенное влияние на служебные свойства (несущую способность) рабочего тела в целом. [c.9]

Для большинства случаев определения несущей способности основное значение имеют критерии сопротивления разрушению, как замедленному в случае циклического и длительного статического нагружения, приводящего к развитию трещин, так и быстро протекающему в случае инициирования трещин хрупкого разрушения. Инициирование возникает в зонах наиболее интенсивных изменений состояния материалов и напряженного состояния в деталях, обычно связанных с концентрацией напряжений, вызванной геометрическими очертаниями детали или наличием в ней макроскопических дефектов. Эти критерии отражают состояния материала, особенности его физико-механических свойств, объемность напряженного состояния, историю циклического или длительного статического нагружения. Так как большинст- [c.8]

Несущая способность деталей из хрупких материалов определяется предельными нагрузками по разрушению, если к конструкции детали не предъявляется повышенных требований по жесткости. Следовательно, для деталей из хрупких материалов следует определять запас прочности по разрушению. Для малопластичных материалов (низ-коотпущенных высоколегированных сталей), претерпевающих перед разрушением некоторую пластическую деформацию, в ряде случаев приходится определять предельные нагрузки как по перемещениям, так и по разрушению и судить о надежности детали по двум запасам прочности. [c.74]

Необходимость расчета на сопротивление хрупкому разрушению связана с тем, что в условиях работы элементы конструкций могут находиться в хрупких или квазихрупких состояниях (17, 28, 29). Основным фактором возникновения таких состояний для сплавов на основе железа в связи с присущими им свойствами хладноломкости является температура. На схеме (рис. 6) показаны области основных типов сопротивления разрушению в зависимости от температуры. В области температур, превышающих первую критическую Ткр1 для сплавов, обладающих хладноломкостью, а также для материалов, не обладающих хладноломкостью в диапазоне температур работы конструкций (сплавы на основе магния, алюминия, титана), имеют место вязкие состояния. В этом случае предельные состояния наступают после возникновения значительных пластических деформаций и существенного перераспределения полей деформаций и напряжений в элементах конструкций. Скорость распространения возникающих трещин в этих состояниях оказывается низкой. Вопросы несущей способности и расчета на прочность при таких состояниях рассмотрены в гл. 2. [c.246]

Критерии расчета. Для большинства валов современных машин решающее значение имеет сопротивление усталости. При работе с большими перегрузками может проявляться малощшювая усталость. Для тихоходных валов из нормализованных, улучшенных и закаленных с высоким отпуском сталей ограничивающим критерием может быть также статическая несущая способность при пиковых нагрузках (отсутствие недопустимых остаточных деформаций), для валов из хрупких и малопластичных материалов (чугуны, низкоотпущен-ные стали) при ударных нагрузках и низких температурах - сопротивление хрупкому разрушению. [c.84]

При таком образовании шейки ответственной за несущую способность образца (в том числе и при малоцикловом нагружении) является истинная деформация, определенная на стадии начала динамического дорыва образца (точка 1 ). Для других материалов (или для того же материала, но в ином структурном состоянии) точка б может не соответствовать 8ист./2 (кривая 2) и тогда С в уравнении (6) оказывается отличной от 8ист./2. Для упрочняющихся материалов обычно разрушение при однократном разрыве носит хрупкий характер (по типу рис. 3, б) без образования развитой шейки (рис. 3, а), и тогда расчет по уравнению Коффина дает более правильный результат, если С принять равной Еист-1Н аличие сосредоточенной шейки (рис. 3, а) слабо сказывается на величине удлинения, и поэтому в тех случаях, когда испытание па малоцикловую усталость осуществляется с измерением продольной деформации, зависимости (6) и (7) хорошо выполняются, если в них в качестве е принять удлинение при статическом разрыве, определяемое на базе измерения циклических деформаций. [c.136]

Интерес к проблеме усталостного разрушения металлических материалов, на наш взгляд, связан со следующими причинами. Во-первых, с важностью проблемы усталостного разрушения ответственных металлических конструкций. Например, ресурс планера и двигателей современных самолетов связан с усталостной долговечностью и т.д. Второй причиной является то, что хрупкому разрушению металлических конструкций на практике часто предшествует подрастание усталостной трещины, что существенно снижает несущую способность. В-третьих, использование подходов механики разрушения позволило в последнее время достигнуть значительных успехов в оценке и прогнозировании трещиностойкости и долговечности металлических материалов и конструкций. В том случае, когда в конструкции или в детали наличие трещин недопустимо, определение порогового коэффициента интенсивности напряжений позволяет оценить размер допустимого металлургического или технологического дефекта для случая циклического деформирования. В-четверть1х, методы испытаний на усталость и циклическую трещиностойкость, так же как и методы определения ударной вязкости, оказались чувствительными к структурному состоянию материала- Кроме того, при проведении усталостных испытаний методически легче проследить кинетику накопления повреждений. [c.3]

Приведенные выше результаты являются первой попыткой дать количественные оценки влияния вида напряженного состояния на ресурс пластичности конструкционных материалов. Рациональное накопление экспериментальных данных по отдельным аспектам сопротивления материалов с учетом характера температурносиловых воздействий позволит значительно расширить возможности известных подходов к оценке несущей способности конструкций по критерию хрупкого разрушения. [c.386]

Специфические черты имеет механическое поведение балок из армированных материалов. Рядом особенностей обладает расчет железобетонных балок (Н. Н. Попов и Б. С. Расторгуев, 1964). Это вызвано тем, что работа железобетонных элементов распадается на четыре стадии 1) от начала нагружения до появления трещин в растянутой зоне бетона 2) от окончания первой стадии до наступления текучести арматуры 3) от окончания второй стадии до разрушения сжатой зоны бетона 4) потеря несущей способности конструкции. В переармированных конструкциях третья стадия отсутствует и хрупкое разрушение бетона происходит сразу же по окончании второй стадии. [c.317]

Из рассмотрения табл. 31 следует, что при действии растягивающих нагрузок разупрочнение образцов пластика на эпоксидном связующем протекает интенсивнее, чем на фенольно-формаль-дегидном связующем. Абсолютное установившееся значение прочности при растяжении для этих материалов с одинаковым армированием — порядка 190—250 Мн1м . Это свидетельствует о том, что в результате прогрева большей части объема рабочего участка образца до температур, лежащих выше температуры теплостойкости связующего, последнее утрачивает цементирующие свойства. В результате несущая способность образцов определяется главным образом прочностью на разрыв стекловолокна, ориентированного вдоль действия внешней силы. Удельное содержание стекловолокна в единице поперечного сечения рабочего участка всех образцов идентичного армирования приблизительно одинаково. Разрушение ориентированных стеклопластиков при растяжении в условиях одностороннего нагрева начинается так же, как и у стеклотекстолитов [4], т. е. со слоев на поверхности, не подвергаемой нагреву. Однако разрушение всех продольных слоев ориентированных стеклопластиков имеет вид хрупкого разрыва. [c.146]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...