Напряженное состояние и разрушение при кручении

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПРИ КРУЧЕНИИ [c.194]

S4. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ПРИ КРУЧЕНИИ [c.213]

Анализ напряженного состояния и разрушения при кручении [c.232]

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]

Форма ямок, как правило, определяется напряженным состоянием и направлением разрушающих усилий. В условиях объемного растяжения возникают равноосные ямки, от действия касательных напряжений, например на конечных скосах разрывных образцов,—вытянутые параболические (см. рис. 5, d), направленные в противоположные стороны (на ответных половинах образца). При однократном внецентренном приложении растягивающей нагрузки, как правило, образуются параболические вытянутые ямки, направленные в одну сторону на обеих половинках образца. При однократном кручении на участках излома, соответствующих разрушению от нормальных напряжений, наблюдаются равноосные ямки, в остальной части излома— параболические. Часто параболические ямки перемежаются с равноосными. Кроме того, на поверхности излома нередко наблюдаются участки, сглаженные при вытягивании. [c.26]

Коррозия и механические свойства. Растяжение за пределом упругих деформаций увеличивает скорость коррозии. Если напряжения в металле ниже определенного уровня, разрушения не наступает даже при значительной продолжительности испытаний в коррозионной среде. Здесь предполагается, что уменьшение поперечных размеров элемента вследствие коррозии невелико и его можно не принимать во внимание. При превышении же указанного уровня напряжений отрезок времени от нагружения до разрушения уменьшается с увеличением уровня напряжений. Этого в отсутствие коррозии не наблюдается. Имеет место явление так называемого внутрикристаллического и межкристаллического коррозионного растрескивания. В условиях определенных напряженных состояний (возникающих, например, при растяжении с кручением) и наличия коррозионно активной среды происходит охрупчивание материала. [c.273]

Упомянутые выше программные испытательные стенды предназначены для проведения неизотермических испытаний в условиях простых типов нагружения (растяжение-сжатие, кручение). Однако существенный интерес представляют методики и аппаратура для исследования закономерностей деформирования и разрушения при слом<ном неизотермическом нагружении. Например, стенд и методика [71], обеспечивающие неизотермические испытания тонкостенных трубчатых образцов в условиях их программного нагружения осевой силой /V, крутящим моментом Л1,ф и внутренним давлением р. Реализуется плоское напряженное состояние с различными соотношениями компонент напряжений при наложении требуемого закона изменения температуры. [c.150]

В большинстве работ сравнение характеристик сопротивления усталостному разрушению в условиях линейного и сложных напряженных состояний производится по результатам испытаний при наличии существенных градиентов напряжений, влияние которых само по себе может быть существенным. Анализ влияния сложного напряженного состояния и градиента напряжений на величину предела выносливости был выполнен в работе [127] с использованием результатов испытаний при растяжении — сжатии, изгибе и кручении сплошных и тонкостенных образцов. [c.281]

Жаропрочность — свойство металлов при высоких температурах сопротивляться деформации и разрушению при действии приложенных напряжений. О жаропрочности судят по результатам более или менее длительных испытаний на растяжение (реже на кручение и изгиб) при высоких температурах, но для ориентировочных суждений используются также обычные кратковременные испытания на разрыв в горячем состоянии. Основными характеристиками жаропрочности являются предел ползучести и предел длительной прочности. В известных условиях в качестве ориентировочных критериев могут быть приняты результаты определения предела текучести и предела прочности при требуемой температуре. [c.217]

Первая теория прочности, теория наибольших нормальных напряжений, возникшая исторически раньше других, считает, что ответственным за нарушение прочности всегда является наибольшее по абсолютной величине нормальное напряжение в элементе конструкции. Согласно этой теории, при любом сложном напряженном состоянии, как, например, при одновременном изгибе и кручении, нарушение прочности произойдет тогда, когда наибольшее нормальное напряжение в материале достигнет опасной величины Поскольку эта теория прочности определяет условия хрупкого разрушения (путем отрыва), под опасным напряжением следует понимать предел прочности а , . [c.255]

Естественно, лучший способ создать такие же напряжения в образце, и, пропорционально увеличивая их, довести образец до разрушения и тем самым непосредственно из испытания определить предельные напряжения. Но, если хотя бы одно из напряжений изменится, то результатами предыдущего эксперимента уже воспользоваться нельзя, так как новому соотношению напряжений изгиба и кручения будут соответствовать свои диаграммы испытания, другими словами, свои предельные напряжения. Таким образом, возникает задача оценки прочности при сложном напряженном состоянии. Прежде, чем перейти к решению этой задачи, необходимо ознакомиться с некоторыми понятиями, изложенными в следующих параграфах. [c.314]

Кручение осуществляется двумя противоположно направленными крутящими моментами, которые прикладываются к концам образца в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси. В рабочей части образца возникает разноименное плоское напряженное состояние, которое сохраняется одинаковым по всей длине и неизменным от начала испытания до разрушения (при однократном скручивании). При этом постоянными сохраняются рабочая длина и поперечное сечение образца. [c.36]

Излом а на обобщенной кривой течения (см. рис. 8.20) соответствует линии текучести, а точка б — конец кривой — разрушению от среза. Так устанавливаются уровни линий т, и в левой части диаграммы. Так как диаграммы Ттах =/ (g max) могут быть получены при различных видах напряженного состояния, обнаруживается хорошее согласование мест преждевременного обрыва обобщенной кривой течения, получаемой при том виде напряженного состояния, которому соответствует разрушение от отрыва. На рис. 8.21 показано, что в случае очень твердого материала преждевременный отрыв обобщенной кривой течения произошел при всех видах напряженного состояния (сжатие, кручение, растяжение), кроме смятия материала у поверхности. В случае твердого материала при двух видах напряженного состояния удается получить полную, обобщенную кривую течения (при смятии и сжатии), а при двух видах напряженного состояния (кручение и растяжение) в силу разрушения от отрыва происходит преждевременный обрыв [c.554]

Испытания на кручение часто дают более наглядную картину изменения состояния металла при деформировании, чем испытания на растяжение. При кручении форма образца почти не изменяется, что позволяет достаточно точно определять деформации и соответствующие им напряжения до момента разрушения образца включительно, тогда как при испытании на растяжение это становится невозможным после образования шейки. Хрупкие при растяжении материалы (закалённая сталь) дают при кручении значительную деформацию. По виду излома скрученных образцов легко установить характер разрушения излом, перпендикулярный оси образца, характеризует разрушение от среза, излом по винтовой линии — разрушение от отрыва. Так как при кручении шейка не образуется, то кривая кручения не имеет нисходящего участка, и крутящий момент М непрерывно возрастает вплоть до разрушения образца (фиг. 102), что упрощает определение напряжений при кручении. Неравномерность распределения напряжений при кручении не препятствует их учёту. [c.45]

При действии переменных напряжений сопротивление материала усталостному разрушению характеризуется кривой усталости (фиг. 2, а, б), получаемой при раз. ичных напряженных состояниях с симметричным циклом (переменный изгиб, переменное растяжение — сжатие, переменное кручение) и дающей зависимость между амплитудой напряжения а и числом циклов его повторения N. При нанесении в логарифмических координатах левая ветвь кривой оказывается прямолинейной, наклоненной к оси /V, а правая обычно горизонтальна, и соответствующая ордината является пределом выносливости при переменном изгибе а i, при переменном растяжении (j i)p, при [c.471]

Усталостная трещина зарождается, в зависимости от особенностей данного металла и рода напряженного состояния, на разных стадиях циклического деформирования. Исследования [120, 144 показали что при однородных напряженных состояниях (например, растяжение — сжатие гладких образцов) и слабо неоднородных напряженных состояниях (кручение круглых образцов) в относительно однородных металлах (например, конструкционные стали) трещина возникает после накопления 0,8—0,9 общего числа циклов, необходимых для разрушения. Для менее однородных металлов (серые чугуны) в этих же условиях нагружения трещина возникает после накопления 0,2—0,3 общего числа циклов, необходимых для разрушения. В относительно однородных металлах (конструкционные стали) при условии большой неоднородности напряженного состояния (например, концентрации напряжений) трещина возникает в пределах 0,3—0,4 числа циклов от разрушающего числа. [c.20]

Условия циклического нагружения элемента материала описываются, вообще говоря, большим числом независимых параметров. Даже в случае относительно простого синфазного нагружения, когда все компоненты напряжений изменяются с равными периодами с совпадением по фазе, либо со сдвигом фаз на 7г, количество независимых параметров может достигать 12. Опытная проверка критериев усталостного разрушения при сложном напряженном состоянии чрезвычайно трудоемка, и имеющиеся экспериментальные данные немногочисленны. Большинство известных исследований посвящено плоскому неоднородному напряженному состоянию, которое возникает в случае одновременных синфазных изгиба и кручения сплошных цилиндрических образцов. [c.347]

Одним из распространенных опытов, при котором осуществляется сложное напряженное состояние, является испытание тонких цилиндрических трубок при одновременном действии внутреннего давления, растяжения (сжатия) и кручения (рис. 12.28, а). Изменяя значения давления р, силы Р и крутящего момента можно добиться изменения напряжений а , Oq и т е (рис. 12.28, б). Здесь используется цилиндрическая система координат г, 9, Z. Поскольку, как показывают расчеты и непосредственные измерения, напряжения а г, можно считать, что в данном опыте материал находится в условиях двухосного напряженного состояния. Таким образом, увеличивая внешние нагрузки, можно добиться разрушения при различных соотношениях между величинами главных напряжений. [c.254]

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]

Данных о разрушениях стекла при сколе, двойном срезе, кручении и некоторых других напряженных состояниях недостаточно. [c.62]

Опыты, проведенные рядом ученых по растяжению, сжатию и кручению цилиндрических образцов, в том числе и в условиях всестороннего сжатия гидростатическим давлением, свидетельствуют о том, что при заданной температуре и скорости деформации в условиях монотонной деформации имеется близкая к однозначной зависимость между пластичностью металла, характеризуемой предельной степенью деформации сдвига Лр, соответствующей.моменту разрушения, и коэффициентом жесткости напряженного состояния k = [c.138]

Наиболее наглядно с минимальной затратой времени эти вопросы могут быть разъяснены показом кинофрагмента Напряженное состояние при кручении . Этот фрагмент, безусловно, имеет смысл показывать не только как дополнение к лабораторной работе, но и если ее выполнение не предусмотрено, так как средствами кино очень выразительно показан характер разрушения при кручении брусьев из различных материалов. [c.108]

Общие сведения. Термин напряженное состояние иногда в учебной, а чаще в специальной литературе относят не только к точке тела, но и к телу в целом. Второго случая словоупотребления в учебном курсе сопротивления материалов следует по возможности избегать, хотя в отдельных случаях приходится говорить об однородном или неоднородном напряженнном состоянии тела. С понятием о напряженном состоянии в рассматриваемой теме учаш,иеся встречаются не впервые — в вводной части предмета мы обращаем их внимание, что нельзя говорить о напряжении в точке тела, не указывая положения площадки, на которой оно возникает далее исследуется напряженное состояние в точках растянутого (сжатого) бруса наконец, при изучении чистого сдвига и кручения некоторые преподаватели считают уместным рассказать о главных напряжениях и о характере разрушения при кручении . Следует ли из сказанного делать вывод, что учащимся достаточно знакомо это понятие (кстати, для краткости речи считаем возможным при изложении данной темы пользоваться сокращенным обозначением Н. С.), что можно излагать основы Н. С., не разъясняя вновь самого [c.152]

Характер разрушения при кручении связан с типом напряженного состояния и особенностями сопротивления брусьев из различных материалов линейным и угловым деформациям. Стальнь[е брусья разрушаются, срезаясь по поперечным сечениям (рис. 6.9, а) деревянные — с образованием продольных трещин (рис. 6.9, б). [c.165]

Вероятностная природа усталостного разрушения, зависящего от дефектов структуры и поверхности металла, отражается на закономерностях подобия при этих разрушениях. С увеличением напрягаемых переменными напряжениями объемов увеличивается вероятность ослабления сопротивления металла разрушению бопее значительными дефектами и их сочетанием, уменьшается предел усталости, ослабляется рассеяние. Влияние абсолютных размеров на усталостные свойства металла возрастает с увеличением его неоднородности, особенно сильно проявляясь на литых и крупнозернистых структурах. С уменьшением вероятности ра.з-рушения влияние абсолютных размеров ослабевает, так как в соответствии со статистическими представлениями рассеяние уменьшается с увеличением напрягаемых объемов, и кривые усталости для низких вероятностей разрушения при различных размерах сечений сближаются. При сложных напряженных состояниях усталостные разрушения для металлов в вязком состоянии в основном определяются максимальными или октаэдрическими касательными напряжениями, как. это следует, например, из данных исследования усталости конструкционных сталей. Большинство результатов укладывается между предельными шестиугольником касательных напряжений и эллипсом октаэдрических. Для металлов в хрупком состоянии разрушения определяются главными растягивающими нормальными напряжениями, они располагаются ближе к предельному квадрату предельных нормальных напряжений. Форма усталостного излома при кручении для вязких металлов свидетельствует о зарождении усталостного разрушения по направлению действия наибольших касательных напряжений. Для хрупких металлов трещина возникает сразу в направ.т1е-нии действия наибольших нормальных напряжений. Развитие трещины обычно следует поверхностям мальных напряжений. [c.384]

Мор применяет свое графическое представление напряжений при помощи кругов (рис. 144) для разработки такой теории прочвости, которая могла бы отвечать различным напряженным состояниям и находилась бы в лучшем согласии сданными опытов. В основу ее он кладет то допущение, что из всех площадок, испытывающих одно и то же по величине нормальное напряжение, слабейшей, т. е. такой, по которой вероятность разрушения ) получается наибольщей, будет та, для которой касательное напряжение окажется наибольщим. В этих условиях необходимо рассматривать один лищь наибольший круг диаграммы (рис. 144). Мор называет его главным кругом и указывает, что такие круги нужно строить, производя испытания для каждого напряженного состояния, сопутствующего разрушению. На рис. 145 представлены для примера такие главные круги для чугуна, подвергшегося испытанию до разрушения на растяжение, сжатие и чистый сдвиг (кручение). Если таких главных кругов построено несколько, то для них может быть построена огибающая, причем с достаточной точностью допустимо предположить, что и всякий другой главный круг, отвечающий некоторому напряженному [c.345]

Анизотропия сопротивления разрушению зависит от жесткости напряженного состояния при испытании [11], приблизительно характеризуемой отношением максимальных касательных напряжений к наибольшим растягивающим (см. рис. 10.2). При кручении анизотропия прочности стали ЗОХГСА практически не проявляется, в то время как при растяжении она выражена весьма резко анизотропия пластичности, хотя и проявляется при кручении, но в гораздо меньшей степени, чем при растяжении. Показательными в этом отношении являются также результаты испытаний стали ШХ15, имеющей после закалки и низкого отпуска практически нулевую пластичность при растяжении [6]. Степень анизотропии сопротивления отрыву стали ШХ15 при растяжении составляла 56%, при кручении 7%, при [c.335]

Коэффициент жесткости (мягкости) напряженного состояния а — условная величина, предложенная Я. Б. Фридманом [114, 115] для характеристики напряженных состояний при механических испытаниях материалов представляет собой отношение наибол >шего касательного напряжения тах к наибольшему нормальному приведенному напряжению вычпсленно гу по второй теории прочности (наибольших удлинений), Чем меньше а, тем больше жесткость напряженного состояния и вероятнее хрупкое разрушение путем отрыва. По степени жесткости различные виды механических нагружений могут быть расположены в следующем порядке (в направлении уменьшения значений —) вдавливание сжатие кручение и [c.21]

Лабораторные работы. Желательно выполнить работу на определение модуля сдвига при испытании на кручение (см. ра(5оту 2.9 в пособии [27]). Определенный интерес представляет работа по испытанию стального и чугунного образцов на кручение с доведением их до разрушения. Но эта работа имеет смысл только в случае, если учащимся будут сообщены данные о напряженном состоянии в точках скручиваемого бруса, о главных напряжениях при кручении, так как в противном случае результат работы будет воспринят чисто формально и проку от нее будет мало. [c.108]

Затрата времени на изложение этого вопроса резко сократится, а эффективность восприятия повысится, если использовать кинофрагмент Напряженное состояние при кручении . В этом фрагменте показано испытание на кручение до разрушения брусьев из различных материалов, затем показан характер напряженного состояния в точках скручиваемого бруса и на этой основе разъяснен наблюдавшийся характер разрушения (Прим, автора). [c.152]

При значительном бочкообразовании, когда на поверхности образца велики растягивающие напряжения, моменту разрушения металла соответствует уже другая схема напряженного состояния, которая может быть более жесткой , чем при кручении, и достигать условий испытаний на растяжение. [c.21]

Характер разрушения при всех видах испытаний (растяжении, сжатии, изгибе, кручении) как под действием нормальных (отрыв), так и сдвиговых (срез) напряжений бывает вязким или хрупким. Различие между вязким и хрупким разрушениями заключается в величине нластич. деформации, накопленной перед разрушением. Оба вида разрушения связаны с зарождением и развитием трещин. Оценка сопротивления разрушению при обычных статич. испытаниях (предел прочности, временное сопротивление разрушению) часто недостаточна для определения пригодности материала как конструкционного, особенно при наличии надрезов, трещин п др. концентраторов напряжений. В этом случае применяют испытания на вязкость разрушения, при к-рых используют образцы с заранее созданными в них трещинами, и оценивают параметр (К), к-рый наз. коэф. интенсивности напряжений. Определяют этот коэф. для плоского (/Гд) или объё.много (КсО напряжённых состояний. [c.130]

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]

Разрушение в условиях многоосного напряженного состояния происходит, когда наибольший круг Мора, соответствуюш,ий напряженному состоянию в заданной характерной точке, касается или выходит за огибающие кругов Мора, построенные по результатам опытов на разрушение образцов из того oj e самого материала при растяжении, сжатии и кручении. [c.151]

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]

На рис. 30 приведена схема струеударной установки конструкции МВИМУ позволяющей вести испытания образцов на гидроэрозионную стойкость в напряженном состоянии. Эта установка принципиально отличается от рассмотренных тем, что в ней вращается струя воды, а образец находится в неподвижном и нагруженном (силами Р) состоянии. Струя воды, вытекающей из сопла, при его вращении приобретает центробежную силу, вследствие чего увеличивается сила удара струи о поверхность образца. При этом разрушающая способность водяной струи резко возрастает. Регулируя частоту вращения соплового диска, можно менять интенсивность разрушения образцов. Однако главное преимущество этой установки в том, что она позволяет нагружать испытуемые образцы и создавать в них различные виды напряжений растяжения, сжатия, кручения и др. Форма испытуемых образцов зависит от вида нагружения. При этом сопротивляемость материала гидроэрозии оценивают также по потерям массы образца. [c.53]

Работа остаточной деформации может быть определена испытаниями на изгиб и на кручение как площадь диаграмм, снятых при изгибе и кручении (рис. 20). Работу разрушения при изгибе А обычно выражают в джоулях. Ислытание на изгиб, при котором напряженное состояние более благоприятно, чем при чистом растяжении, весьма пригодно для оценки высокотвердых, ледебуритных и поэтому хрупких инструментальных сталей и материалов. В специальной литературе часто можно встретить случаи использования значений прочности на изгиб для характеристики вязкости ледебуритных сталей. Для оценки вязкости быстрорежущих сталей часто применяют также испытание на кручение, которое может характеризовать прежде всего ожидаемое поведение спирального сверла. Однако этот метод определения намного сложней и дороже испытания на изгиб и растяжение. Работа разрушения, определяемая разными методами, из-за влияния особенностей распределения напряжений и формы образцов не может быть сопоставлена сами по себе эти способы могут быть использованы для сравнительной оценки сталей, их структуры и вязкости. [c.38]

В работе [162] на основе анализа результатов испытаний при растяжении — сжатии и кручении ряда сталей и сплавов было показано, что в качестве критерия усталостного разрушения, инвариантного к виду напряженного состояния, может быть взяг [c.189]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...