Механические испытания масштабный фактор

Сопоставление сопротивления усталости монолитной и многослойной стали. Сравнительная оценка сопротивления усталости монолитной и многослойной стали должна, но-видимому, рассматриваться с позиций проявления влияния масштабного фактора, вызывающего снижение пределов выносливости образцов или элементов конструкций по мере роста их размеров [21. Исследования [2—5], выполненные на гладких цилиндрических образцах, свидетельствуют о том, что масштабный фактор наиболее сильно проявляется при изгибе и кручении. По мере увеличения диаметра образца от 7,5 до 200 мм снижение пределов выносливости [2—5] может достигать 30—50 %. В меньшей степени роль масштабного фактора проявляется при осевом нагружении [2], однако, и в этом случае его влияние может быть существенным. Предположим, что сопротивление усталости тонколистового металла в многослойных конструкциях окажется повышенным в сравнении с монолитным. С целью проверки этого предположения выполнены сравнительные усталостные испытания многослойных и однотипных монолитных образцов (рис. 1), изготовленных из малоуглеродистой стали марки Ст. Зсп. Химический состав и механические свойства исследованной стали удовлетворяли требованиям ГОСТа 380-71. [c.257]

Масштабный фактор (или иначе называемый масштабный эффект) тесно связан с физической природой прочности и разрушения твердых тел. Механические свойства сплава, особенно при знакопеременных или повторяющихся нагружениях, зависят от абсолютных размеров испытываемых образцов и конструкций даже в случае полного соблюдения подобия их геометрической формы и условий испытания [48, 61, 88, 144]. Предел выносливости гладких образцов понижается с увеличением их размеров, что оценивается коэффициентом влияния абсолютных размеров сечения. Для материалов с неоднородной структурой (литые стали, чугуны) влияние размеров образца на выносливость более резко выражено, чем для металлов с однородной структурой. Наиболее значительно снижается усталостная прочность с ростом размеров образца [48, 88] в случае неоднородного распределения напряжений по сечению образца (при изгибе). Форма поперечного сечения образца, определяющая объем металла, находящегося под действием максимальных напряжений, существенно влияет на выносливость образца. При плоском изгибе влияние на предел выносливости размеров прямоугольных образцов больше, чем цилиндрических. При однородном распределении напряжений по сечению гладких образцов (переменное растяжение — сжатие) масштабный эффект практически не проявляется. Характерно, что при наличии концентраторов напряжения масштабный эффект наблюдается при всех, без исключения, видах напряженного состояния. Чем более прочна сталь, тем сильнее проявляется масштабный эффект. [c.21]

История механических испытаний насчитывает многие столетия. Еще более 500 лет назад Леонардо да Винчи показал, что короткие железные проволочки прочнее длинных. Он использовал простое устройство (рис. 86), явившееся прообразом первых установок для механических испытаний твердых тел. Проблема масштабного фактора, обнаруженная Леонардо да Винчи, оказалась столь сложной, что в полной мере и сейчас ее решить не удалось. [c.131]

Однако, в действительности существуют расхождения механических свойств конкретных изделий и образца даже при соблюдении подобия геометрических размеров и условий испытания с условиями эксплуатации. Эти явления называют масштабным эффектом или масштабным фактором. [c.603]

Таким образом, существование масштабного эффекта при механических испытаниях до разрушения, как правило, делает геометрически подобные и аффинные модели непригодными для оценки абсолютных значений прочности и долговечности натурных изделий ( 10.]), Полезной областью геометрически подобного моделирования процессов разрушения остаются всесторонние сравнительные испытания, при которых может быть исключено отрицательное влияние неизвестного масштабного фактора. [c.250]

Эмпирические модели композита. В этом классе реализуется верхний предельный уровень структурного элемента — собственно композит. К рассматриваемому классу отнесем, во-первых, все случаи моделирования физико-механических характеристик композиционного материала по результатам соответствующих испытаний его образцов (фрагментов). Моделирование свойств конструкционного материала в подобных случаях всегда сводится к отождествлению характеристик его образцов с характеристиками материала готового изделия. При этом должны учитываться геометрический и масштабный факторы, а в случае композита, кроме того, факторы, обусловленные технологией изготовления [c.15]

Продолжительные испытания в почве позволили установить [330], что результаты полевых испытаний, полученные на малых образцах, можно переносить на большие трубопроводы с некоторыми исключениями [1], связанными с более интенсивным проявлением масштабного фактора при коррозии в почве по сравнению с другими условиями коррозии. Выше отмечалось, что на сравнительно коротких образцах явление дифференциальной аэрации проявляется в значительно меньшей степени, чем на длинном трубопроводе, часто переходящем из одной почвы в другую, на котором возможно наличие воздушных мешков и т. д. Практически не сказывается на коррозии образцов фактор механических напряжений. Результаты испытаний показали [1, 328], что [c.221]

Вторая часть Механические испытания. Конструкционная прочность посвящена рассмотрению механических свойств металлов в связи с условиями нагружения. Сюда входят способы нагружения, чувствительность к надрезу и трещине, условия подобия, масштабный фактор, принцип равнопрочности и, как синтез всего изложенного, оценка конструкционной прочности металла по определенным механическим свойствам, что делает возможным выбор материалов, надежных в эксплуатации. [c.12]

Во второй части настоящей книги изложены основные сведения о важнейших механических свойствах, а также вопросы подобия, моделирования и масштабного фактора (см. гл. 25), практической оценки металлов по результатам механических испытаний (гл. 26) и конструкционной прочности (гл. 27). [c.9]

Ранее рассматривались такие механические испытания, которые можно было бы называть макромеханическими, так как при этих испытаниях деформируются значительные объемы металла. Если бы испытуемые материалы были совершенно однородны по всему объему (с однородной структурой и составом), то в условиях однородного напряженного состояния влияние абсолютных размеров образца сказывалось бы лишь вследствие масштабного фактора (см. гл. 25), а также различия между поведением поверхностных и внутренних зон. [c.81]

Долгое время считалось, что для статических нагрузок и многих других случаев нагружения справедлив закон подобия. Однако, в особенности для усталостного и хрупкого разрушения, влияние абсолютных размеров тела на его поведение под нагрузкой (понижение долговечности и прочности) стало обнаруживаться настолько часто и сильно, что привело к необходимости учета масштабного фактора (или эффекта) при проектировании, расчетах и механических испытаниях образцов и элементов конструкций. [c.312]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

Проявление масштабного фактора тесно связано с влиянием состояния поверхности. В частности, длительное травление стекла плавиковой кислотой, удаляющее наружный слой и создающее идеально ровную поверхность, приводит к резкому снижению вероятности существования на поверхности опасных дефектов, и согласно статистической теории дефектов должно наблюдаться повышение прочности массивных образцов до прочности тонких стеклянных волокон. Эксперимент полностью подтверждает это предположение. ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ Й СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НА ПРОЦЕССЫ РАЗРУШЕНИЯ. Состояние поверхности — один из важнейших факторов, влияющих на результаты механических испытаний образцов в лабораторных условиях. Наличие небольших выступов и впадин на плохо обработанной поверхности приводит к повышению концентрации напряжений. Поверхностные неровности могут играть роль хрупких трещин и значительно снижать определяемые испытаниями прочностные характеристики металла. Например, хрупкие в обычных условиях кристаллы каменной соли становятся пластичными, если при испытании их погрузить в теплую воду, растворяющую дефектный поверхностный слой (эффект Иоффе). Тщательная полировка поверхности металлических образцов приводит к увеличению измеряемых при растяясенпи характеристик прочности и пластичности. [c.435]

В результате испытания образцов из среднеуглеродистой стали диаметром 7 и 60 мм было установлено, что инверсия масштабного фактора в 3 %-ном растворе Na I имеет место при сравнительно большой базе испытаний, т.е. когда разрушение контролируется электрохимическим фактором. При высоких уровнях напряжений, когда усталостное разрушение зависит от механического фактора, влияние размеров образцов на Их выносливость в коррозионной среде может быть такое же, как и в воздухе. [c.133]

На сопротивление усталости сварного соединения кроме масштабного фактора, концентрации напряжений и состояния поверхности влияют также механические свойства металла шва, юколошовной зоны и основного металла, распределение остаточных напряжений, дефекты сварки (непровары, неметалллические включения, сварочные трещины и т. д.). Эти факторы, в свою очередь, зависят от материала электродов и обмазки, от оборудования и режимов сварки, от квалификации сварщика, от методов контроля готовых сварных соединений и выбраковки дефектных и т. д. Влияние этих факторов на Уа д может быть оценено по результатам усталостных испытаний сварных соеди-гнений. [c.88]

Геометрически подобндле образцы, удовлетворяющие критериям кинетического подобия, позволяют судить по данным испытаний моделей о положении фронта трещины, скоростях процесса разрушения и относительных величинах длительности разрушения натурных деталей [17]. Эти-модели оказываются полезными при сравнительных испытаниях и оценке преимуществ различных вариантов конструкций. Существенным недостатком геометрически подобных моделей является зависимость их механических свойств от абсолютных размеров образцов ( 10.6). Наличие масштабного эффекта делает геометрически подобные модели непригодными для суждения об абсолютных значениях прочности и долговечности натурных изделий. Поэтому оценка масштабного фактора при механических испытаниях совершенно необходима для правильного истолкования результатов экспериментов на моделях [ПО, 281. [c.218]

Точное изготовление образцов малых размеров весьма затруднительно, а все отклонения от заданной геометрической формы приводят к внецентренности прикладываемой нагрузки и к снижению разру-шаюш,их усилий. Кроме того, у образцов малых размеров механически обрабатываемая поверхность сравнительно велика (у геометрически подобных иризм и цилиндров отношение наружной поверхности к объему обратно пропорционально наименьшему размеру оснований), что также снижает величину разрушающей нагрузки. При испытаниях на сжатие проявляется также масштабный фактор (см. раздел 1.3). [c.100]

Известно, что так называемый масштабный фактор играет важную роль во многих процессах, связанных с пластичейкой или термической обработкой материалов. Например, при статических испытаниях на прочность хрупких и пластичных материалов и циклических испытаниях образцов с концентратором напряжений установлено, что с увеличением размеров образцов их механические характеристики ухудшаются. Это обусловлено главным образом наличием в образцах больших размеров неоднородных по ряду свойств участков или особенностями распределения напряжений в определенном сечении. [c.177]

Идентичность результатов испытаний на растял ение и сжатие сплава Д16-А (г/к) говорит также и о том, что изложенная выше существенная разница механических свойств сплавов Д1-Т, Д16-Т и АМг61 по испытаниям на сжатие и растяжение не есть следствие влияния формы опытных образцов (на растяжение— плоский образец, а на сжатие — крешер) или их масштабного фактора (плоский образец несоизмеримо больше крешера). [c.74]

По данным металлографического анализа одного-двух образцов длиной 100 мм строят структурную диаграмму (см. рис. 19, низ). На основании результатов механических испытаний 4—5 образцов длиной 150 мм на машине ИМЕТ-1 или на стандартных машинах для статического растяжения по средним значениям свойств строят диаграмму ИМЕТ-1 (см. рис. 19, верх). ]3следствие высоких скоростей деформации и влияния масштабного фактора показатели механических свойств при испытании на машине ИМЕТ-1 часто существенно отличаются по абсолютной величине от соответствующих показателей, полученных при испытании па стандартных машинах для статического растяжения. Поэтому в необходимых [c.62]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...