Напряжения сдвиговые, концентрация

Николас и др. [46] анализировали механику сдвиговых испытаний методом сидячей капли, рассматривая лишь прочность составляющих образца (т. е. игнорируя их механическое взаимодействие и влияние концентрации напряжений) они установили, что при углах смачивания больше 108° образец разрушается под действием растягивающих, а не сдвиговых напряжений, возникающих на поверхности раздела при деформации образца. Полученная ими аналитически зависимость эффективной прочности от угла смачивания (рис. 19) хорошо согласуется с данными для систем Си — АЬОз (гл. 8). [c.71]

На рис. 21 дана модель, которая используется при различных аналитических методах расчета, а на рис. 22 приведены данные разных авторов о распределении сдвигового напряжения на поверхности раздела для единичного волокна, заключенного в матрицу. Величина напряжения дана как функция диаметра волокон. Максимальная концентрация напряжений (в пределах от 2,5 до 4,0) создается у концов волокна и в значительной степени зависит от выбранных граничных условий. [c.61]

Эллипсоидальные концы с отношением а/Ь =2,0 создают наименьшую концентрацию граничных сдвиговых напряжений. [c.64]

Рис. 39. Зависимость максимальной концентрации сдвиговых (напряжений на поверхности раздела в эпоксидных композитах, армированных волокнами из 5-стек-ла, от содержания волокна [15].

Один из вариантов модели, в котором использован сдвиговый анализ, показан на рис. 2.12. Предполагается, что перемещение Uq, относящееся к области надреза с п волокнами, не зависит от координаты у. К ядру п перерезанных волокон примыкает группа т неповрежденных волокон, имеющих перемещение U и эффективно представляющих область концентрации осредненных по композиту напряжений. Не следует забывать, что целое число т неизвестно и может быть определено на основе различных критериев прочности. Другим моментом, о котором необходимо здесь упомянуть, является то, что числа перерезанных волокон п или неповрежденных т суть целые числа, если слой по толщине состоит из одного волокна, как у боропластиков (рис. 2.13, а). Тогда, если диаметр волокна достаточно велик, разумно использовать двумерную модель разрушения волокна. У углепластиков слой по толщине состоит из нескольких волокон ( i lO), и в качестве расчетной единицы целесообразно рассматривать пучок волокон, а не одно волокно (рис. 2.13,6). Другими словами, углепластик состоит из двух фаз пучок волокон, пропитанных связующим (отличается по свойствам от собственно волокна), и матрица, расположенная между пучками. [c.63]

Имеется много различных дислокационных механизмов образования зародышевых трещин [8—13]. Зарождение трещины скола при негомогенной пластической деформации в металлах объясняется тем, что у конца задержанной полосы скольжения возникает большая концентрация сдвиговых напряжений, по величине превышающая силы межатомной связи материала. Поэтому возникает трещина сдвига. Необходимое напряжение достигается блокированием дислокаций у барьеров, которыми могут служить границы зерен в поликристаллах или частицы твердой второй фазы в загрязненных металлах. В зависимости от кристаллической структуры материала возможны и другие механизмы зарождения трещины (рис. 3). Общим для всех механизмов зарождения трещин является то, что этот процесс — следствие пластической деформации. [c.23]

Скопление и взаимодействие дислокаций, их взаимодействие с дефектами решетки приводят к концентрации напряжений и образованию остроконечных трещин, которые вызывают разрушение материала от сдвиговых деформаций. [c.15]

В этом состоянии машину можно условно рассматривать как твердое тело, у которого во многих областях материал сопротивляется нагрузкам, следуя законам упругости и приобретая в основном упругие деформации, а в некоторых менее значительных областях концентрации напряжений, являющихся наиболее активными в работе машины, тело при определенных условиях сопротивляется нагрузкам, обнаруживая признаки сдвиговых процессов, приобретая также остаточные деформации и усталостные разрушения. [c.233]

При одностороннем соединении внахлест кроме концентраций сдвиговых напряжений происходит изгиб, обусловленный эксцентриситетом, что часто приводит к разрушению. [c.120]

Таким образом, для получения удовлетворительных результатов требуются не только заданные геометрические пропорции в испытываемых образцах и реальных элементах конструкций, но и одинаковая скорость нагружения, так как при низкоскоростном изгибе высокая концентрация напряжений у краев образца может успевать диссипировать в результате ползучести матрицы, а при высокоскоростном — не успевать, что приведет к понижению в последнем случае эффективной межслоевой прочности. Это было продемонстрировано в работе [ИЗ], в которой измеряли зависимость динамической (ударной) сдвиговой прочности от скорости нагружения (рис. 2.60). [c.123]

Под действием указанного напряжения в этом очаге могут распространиться сдвиговые трещины АО и ОВ (рис. 58). Этот период, предшествующий горному удару, сопровождается треском и формированием клина АОВ, который затем выжимается горным давлением. Второй этап характеризуется катастрофическим выходом трещин из точек АОВ к углам выработки, где также имеются местные очаги концентрации напряжений, и последующим выбором породы. Непосредственно перед вторым этапом происходит перераспределение напряжений, приводящее к увеличению [c.211]

Растягивающее напряжение в области В определяется как сГц — = 2ху ( - -п/2) [см. уравнение (56) ], и видно, что не наблюдается интенсивной концентрации напряжений при приближении к вершине трещины со стороны недеформированного материала (т. е. при движении к О влево по оси Х )- В области С, однако, линии скольжения образуют веер с центром в вершине трещины сдвиговая деформация 7 9, действующая по поверхностям, нормальным к радиальным линиям, становится бесконечной при приближении к вершине трещины по радиальной линии [c.86]

Увеличение концентрации точечных и линейных дефектов кристаллической решетки, а также образование субми1фоскопических трещин увеличивает удельной объем металла, делает металл менее плотным. Общее увеличение удельного объема для сталей может доходить до 1,1% и вызывать начальные напряжения сжатия величиной до 1000 МПа. Большие начальные и остаточные напряжения приводят к тому, что металл ПС приобретает дополнительный запас энергии и становится термодинамически нестабильным. Максимальные напряжения наблюдаются, как правило, на некоторое расстояние от поверхности. Это может быть объяснено двумя причинами. По гипотезе максимальных касательных напряжений сдвиговые деформации, протекающие по определенньпл кристаллографическим плоскостям при пластической деформации, вызываются касательными напряжениями. [c.211]

Фазовые переходы между кристаллическими фазами сопровождаются деформациями тела (сдвиговыми и ди-латационными). Представим себе образование и рост новой фазы внутри исходной. Растущие кристаллы новой фазы будут воздействовать в окрестностях границы раздела фаз на окружающий материал, т. е. на основную фазу, вызывая ее деформацию (одновременно они деформируются и сами). Развивающиеся при этом напряжения оказывают влияние на образование вакансий, так что концентрация вакансий в непосредственной близости к точке перехода зависит как от температуры так и от развивающихся при деформации напряжений. [c.238]

Для расчета напряженного состояния на поверхности раздела существует несколько методов, которые могут быть также использованы и для оценки адгезионной прочности. Одним из таких методов является метод запаздывания сдвига [ 35, 63]. Это метод применяется главным образом для определения концентрации сдвиговых напряжений на конце волоиша и изменений сдвигового напряжения вдоль его оси. [c.61]

На рис. 23 представлены кривые зависимости концентрации граничных сдвиговых на1пряжений на конце разрушенного волокна в композите, рассчитанные с помощью уравнений (13). Можно видеть, что максимальная величина таких напряжений в композите не так высока, как для единичных волокон (рис. 22) и зависит от типа и объемного содержания наполнителя. Значения коэффициента концентрации касательных напряжений, соответствующих реальному содержанию наполнителя в композите, колеблются от 0,1 до 0,3, что вполне допустимо, если учесть фактические растягивающие напряжения в композите в напра1вле,нии оси вол-окон. Например, в боропластике с 50 об. % волокна при нагружении до 70 кгс/мм (что составляет примерно половину 1предела его прочности) наибольшие сдвиговые напряжения на свободном конце волокна будут, согласно результатам, представленным на рис. 23,. около 7 кгс/мм . Использование в этом случае данных рис. 22 приведет к ошибочным результатам. Анализируя рис. 23, необходимо-отметить следующее максимальные касательные напряжения на конце волокна остаются почти неизменными при среднем объемном содержании волокна они быстро возрастают при малых и больших объемных долях волокон. [c.63]

Для исследования напряженного состояния на концах волокон в моделях с одним волокном, запрессованным в матрицу, применялся также метод конечных элементов. Ремедиос и Вуд [59] установили, что результаты, полученные этим методом, хорошо согласуются с данными, полученными другими методами. Согласно расчетам, коэффициент максимальной концентрации сдвиговых напряжений равен 3,5, что находится в пределах значений, показанных на рис. 22. [c.64]

Коэффициент концентрации 1Лраяичных сдвиговых напряжений на конце волокна равен 1,6 при // т= 18,3 и 4,2 при Ef Em= = 100. [c.64]

Для исследования напряженного состояния на поверхности раздела были разработаны аналитические методы. К ним относятся методы механики материалов, классической теории упругости и метод конечных элементов. Метод конечных элементов является наиболее универсальным и охватывает разнообразные граничные условия. Предполагаемая величина концентрации напряжений определяется условиями на поверхности раздела. Теоретические данные показывают, что концентрация касательных напряжений на концах волокон зависит от объемной доли волокна и геометрии его конца. Из этих данных также следует, что радиальное напряжение на поверхности раздела изменяется по окружности волокна и может быть растягивающим или сжимающим в зависимости от характера термических напряжений, а также от вида и направления приложенной механической нагрузки. Следовательно, в обеспечении требуемой адгезионной прочности, соответствующей конкретным конструкциям, существует определенная степень свободы. Наличие пор и влаги на поверхности раздела, так же как и повышение температуры, ослабляют адгезионную прочность, в результате чего снижаются жесткость и прочность композитов. Циклическое нагружение почти не сказывается на онижении адгезионной прочности. Показатель расслоения является критерием увеличения локальных сдвиговых деформаций в матрице и модуля сдвига композита. Этот параметр может быть использован при выборе компонентов материалов с заданной адгезионной прочностью на поверхности раздела, И наконец, следует отметить, что состояние данной области материаловедения [c.83]

Выражение для коэффициента концентрации напряжений для внутрислойной сдвиговой прочности имеет вид уравнения (12) и получается простой заменой в (12) цифровых индексов 22 на 12 и Е на С. В результате имеем [c.141]

Рис. 33. Коэффициенты концентрации напряжений при внутрислойном сдвиговом нагружении композита с квадратной укладкой круглых волокон [1—3] (см. рис. 32).

Расчеты Чена и Лавенгуда [4] для распределения напряжений вдоль разрушенных упругих волокон при помощи метода конечных элементов и сдвигового анализа показали, что отсутствие сингулярности напряжения при сдвиговом анализе часто приводит к нереально низкой концентрации напряжений. Это свидетельствует о том, что применимость данного метода для расчета неоднородных упругих полей напряжений ограничена. Грубый предельный анализ для случая пластичной матрицы был проделан в работе [32], где предполагалось, что все усилия в разрушенных соседних элементах на длине 2с в поперечном сечении передаются двум элементам с каждой стороны трещины. При этом получено следующее распределение растягивающего напряжения в этих элементах [c.185]

Простейший аналитический подход при расчете распределения напряжений, вызванного разорванными волокнами, состоит в учете передачи сдвиговых усилий, когда предполагается, что волокна несут только растягивающую нагрузку, а матрица сопротивляется только сдвигу. Хеджепес [39] рассчитал коэффициенты концентрации напряжений Ку около одного и более разорванных слоев в слоистом композите. Он получил следующую общую формулу [c.460]

Простейшие сдвиговые теории Кокса или Дау предсказывают концентрации напряжений в матрице вблизи конца волокна в несколько раз большие по сравнению со значением напряжения вдали от разрыва. К этим значениям необходимо добавить концентрации напряжений, обусловленные изменением геометрии в конце волокна. Тайсон и Дэвис [81] измерили концентрацию напряжений в матрице, оказавшуюся более чем вдвое больше значений, предсказанных упрощенным сдвиговым анализом, на расстояниях от свободного конца, превышающих диаметр волокна. Б то же время Мак-Лафлин [58] установил, что коэффициент концентрации напряжений в некоторых случаях достигает 13. [c.462]

В работах [25, 28] предложены довольно успешные объяснения такого поведения композитов, не позволяющие, тем не менее, ответить на более фундаментальный вопрос о влиянии микроструктуры или микронеоднородности на коэффициент концентрации напряжений. В главе делается попытка решения этой проблемы при помощи модели, предложенной Хед-жепесом [36], который использовал коэффициенты влияния для изучения концентрации сдвиговых напряжений в системе упругое волокно — матрица. [c.57]

Фихтер [37] оценил возможность применения модели сдвигового анализа для исследования однонаправленных композитов с надрезом. Он показал, что в случае большого числа перерезанных волокон п коэффициент концентрации напряжений есть функция квадратного корня характерного размера надреза. Также было показано, что касательные напряжения в матрице при увеличении размера концентратора возрастают быстрее, чем напряжения в волокне. Таким образом, с ростом размера надреза увеличивается возможность развития процесса разрушения в матрице, обгоняющего разрушение волокна. Затупление трещины из-за устойчивого сдвигового [c.57]

Наиболее значительным результатом, полученным при помощи сдвигового анализа, примененного к модели, предложенной Розеном и Цвебеном [2], является оценка влияния неупругости матрицы на коэффициент концентрации напряжений при растяжении однонаправленного композита с поперечным надрезом. Неупругие эффекты в матрице возникают из-за высоких касательных напряжений вблизи кончика [c.59]

Теперь рассмотрим условия распространения трещины, перпендикулярной направлению нагружения (поперечной). На рис. 2.34,6 показаны изменения концентрации напряжений OS FM и соответствующие им средние растягивающие напряжения в композите вдали от надреза в зависимости от изменения его сдвиговых свойств. У материала А начальная величина перенапряжения порядка 1000 Н/мм , а прочность при статическом растяжении материала с надрезом [c.93]

При малоцикловом нагружении в условиях концентрации на-иряжений, когда уровень нагрузок, приводящих к возникновению и развитию усталостных трещин, более высокий, чем при обычной усталости, величина дополнительных напряжений от кручения ста-ношгтся достаточной, чтобы оказывать за.метное влияние на меха-Ш13.М роста трещины. В рассматриваемом случае это влияние было облегчено тем, что испытания проводили при высокой температуре, способствуюхцей более свободному протеканию сдвиговых деформаций. [c.295]

Изменение сопротивления сдвигу с ростом деформации т(бп) связано с изменением плотности и подвижности дислокаций,, концентрации барьеров на пути движения, высоты барьеров, величины активационного объема и других параметров, определяющих динамику дислокаций. Ввиду сложного характера связи между этими параметрами используется упрощенный подход, в соответствии с которым плотность дислокаций L и средняя скорость их движения представ.пяются в виде функций одной переменной-— соответственно величины пластического сдвига и сдвиговых напряжений (этот подход допустим для ограниченного диапазона изменения условий нагружения) [c.41]

При выбранных уровнях нагрузки циклическое термическое деформирование осуществляется в основном за счет сдвиговых процессов, при которых происходит упрочнение тела зерна, что наиболее характерно для циклически упрочняющейся аустенит-ной стали на начальном этапе ее термоциклирования (см. рис. 31). Одновременно с внутризеренными сдвигами в металле увеличивается плотность дислокаций у границзерена.Это приводит к возникновению концентраций напряжений, ускорению направленных диффузионных процессов и образованию микротрещин на границах зерен. [c.86]

Тернбалл с сотр. [38] предложили объяснение процесса деформации аморфного металла, в основе которого лежит так называемая концепция свободного объема. Согласно этому объяснению сдвиговая вязкость в растягиваемых частях образца значительно снижается за счет концентрации там напряжений. Однако модель вязкого течения не объясняет механизм разрушение аморфных металлов. Недавно выдвинуто предположение [39], что причиной появления характерной венообразной структуры излома в аморфных металлах является сдвиговая деформация, осуществляемая путем вязкого течения. [c.244]

Оценка склонности сварных соединений к развитию трещин при термической обработке производится с помощью жестких проб и испытаний образцов, подвергнутых нагреву по имитированному термическому циклу сварки (п. 15). Пробы и испытания, а также опыт изготовления сварных конструкций показали, что образование трещин при термической обработке наиболее вероятно при высокой жесткости соединения и наличии концентраторов напряжений в районе усиления швов, а также несплавле-ний и других дефектов на границе сплавления. При исследовании с помощью жестких проб и релаксационных испытаний установлено, что вероятность появления трещин при отпуске или стабилизации заметно снижается, если перед нагревом проведена зачистка наружной поверхности швов до плавного сопряжения с основным металлом, или если испытываются гладкие образцы. Поэтому фактор концентрации является одним из основных, способствующих появлению рассматриваемого типа трещин. С позиций межзеренного разрушения такое влияние концентрации обусловлено тем, что за счет объемности напряженного состояния подавляются сдвиговые деформации и развиваются процессы, способствующие межзеренному разрушению. [c.99]

Характерной особенностью структуры аморфных сплавов является отсутствие кристаллографических плоскостей скольжения. В этой связи для описания механизмов скольжения эффективны модели аморфных сплавов, предполагающие их поликластерное строение. Бакай [419] разработал поликластерную модель аморфных твердых тел, основанную на конструктивном определении класса топологически разупорядоченных структур, сохраняющих достаточно большую общность. Предполагается, что границы кластеров обладают тем же атомным строением, что и слои скольжения. Однако в силу случайной упаковки кластеров и их произвольной формы сквозная трансляционно-инвариантная межкластерная граница отсутствует. С другой стороны, сдвиг по поверхности, отвечающей однородным сдвиговым напряжениям, невозможен без разрывов связей по кластерным границам. Поэтому скольжение путем движения дислокаций происходит вдоль тех участков кластерных границ, где касательные напряжения достигают критического уровня (при этом разрывы происходят в местах концентрации нормальных к границе растя- [c.259]

Хотя усталостная выносливость полимеров с высокой объемной долей непрерывных однонаправленных углеродных или борных волокон обычно достаточно высока, стойкость композиций разных типов с короткими волокнами к циклическим нагрузкам значительно меньше, так как менее устойчивая матрица в этом случае подвергается большим напряжениям. В матрице легко инициируются начальные повреждения, что приводит к нарушению целостности композиционного материала, хотя волокна остаются неповрежденными. Задолго до резкого падения жесткости материала его проницаемость для воды или водяных паров сильно возрастает. Граница раздела фаз особенно чувствительна к усталостному разрушению, так как сдвиговые напряжения на границе раздела меняют свое направление в каждом цикле, а по краям волокон наблюдается особенно высокий уровень концентрации сдвиговых напряжений. Возможно также, что в композиционных материалах как с хаотическим, так и с ориентированным распределением коротких волокон, концы волокон и слабые места границы раздела служат центрами зарождения усталостных трещин. [c.105]

В целом реология приняла единый подход, концентрируя свое внимание на исследовании сдвиговых деформаций и отождествляя течение со сдвигом, развиваюш имся во времеш . Эта точка зрения является слишком узкой. Более детальные наблюдения показали, что хотя различные реологические свойства более очевидны при сдвиге, они также имеют место и при объемной деформации. Это обстоятельство уже вынудило сделать оговорки. В параграфе 9 главы XI остаточная деформация уплотнения определена как вид остаточной деформации, который будет проявляться и при всестороннем равномерном давлении и поэтому будет явлением объемной пластичности и объемной прочности. Генки (1924 г.), представления которого о пластическом течении здесь приняты и объяснены в главе VI, выразил свою точку зрения так Ясно, что гидростатическое сжатие или растяжение не может оказывать влияния на пластическое течение. Если в экспериментах обнаруживается такой эффект, он должен быть отнесен за счет возмущений, производимых невидимыми явлениями разрушения . Утверждение, сделанное во втором предложении, относится к материалам, имеющим полости или поры, и которые могут локально разрушаться вблизи них, где происходит концентрация напряжений. Но второе предло жение противоречит в некоторой степени первому. Верно, что остаточная деформация уплотнения не есть случай пластического течения, так как они появляются практически одновременно с нагрузкой. [c.202]

Из приведенных графиков следует, что коэффициенты концентрации напряжений с увеличением параметра сдвиговой податливости плиты ЕЮ и уменьшением а/Л увеличиваются. Предельные прямые ЕЮ — О выглядят как ассимптоты для полученных кривых по мере увеличения отношения а/Л. Небезынтересно отметить, что обратный предельный переход ЕЮ сх> приводит к результатам, соответствующим плоской задаче теории упругости. На рис. 41 этот случай характеризуется отсутствием перерезывающей силы Q/, коэффициенты концентрации становятся при этом равными кц, = 3 (цилиндрический изгиб) и /г = 4 (кручение) (см. рис. 42), что соответствует коэффициентам концентрации при растяжении и сдвиге плоскости с отверстием (задача Кирша). [c.234]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...