Испытания материалов в условиях сложного напряженного состояния

Испытания материалов в условиях сложно-напряженного состояния, а также натурные испытания деталей, узлов и готовых конструкций. [c.39]

Используем известный прием и введем эквивалентное напряжение Од, позволяющее оценивать наступление текучести (или разрушения) материалов, находящихся в условиях сложного напряженного состояния, по результатам их испытаний при про-224 [c.224]

Только после тщательного анализа влияния каждого из упомянутых факторов на результаты испытаний можно делать выводы о значимости полученных особенностей поведения материалов для описания общих закономерностей ползучести в условиях сложного напряженного состояния. [c.27]

Важнейшим вопросом, которым занимается наука о сопротивлении материалов, является вопрос о прочности материалов. Чтобы оценить опасное для прочности состояние элемента конструкции, необходимо уметь находить предельное по прочности (или жесткости) напряжение в любом сложном напряженном состоянии элемента. Эта задача решается с помощью так называемой теории прочности, которая устанавливает решающие факторы опасного для прочности состояния материала. Та или иная теория прочности на основе определенных предпосылок указывает, когда же наступает опасное состояние материала, и дает общее аналитическое условие, связывающее предельное напряжение по прочности и наибольшее действующее в детали напряжение. При этом, используя поведение материала при простейших испытаниях в условиях главным образом линейного напряженного состояния (отчасти плоского — при сдвиге и кручении и объемного — при гидростатическом давлении), получают расчетное соотношение, из которого и находят предельное напряжение для любого сложного напряженного состояния детали. [c.61]

Испытание материалов производится в целях определения механических характеристик, таких, как предел текучести, предел прочности, модуль упругости и пр. Кроме того, оно может производиться в исследовательских целях, например для изучения условий прочности в сложных напряженных состояниях или, вообще, для выявления механических свойств материала в различных условиях. [c.505]

Испытания материалов проводят с целью определения механических характеристик, таких, как предел текучести, временное сопротивление, модуль упругости и т.д. Кроме того, их можно проводить в исследовательских целях, например для изучения условий прочности в сложных напряженных состояниях или выявления механических свойств материала. [c.541]

В большинстве исследований влияния сложного напряженного состояния на сопротивление разрушению (особенно разрушению в условиях ползучести) опыты проводились в ограниченном объеме при малом количестве испытаний и варьировании вида напряженного состояния в небольших пределах всего трехмерного пространства (испытания тонкостенных трубчатых образцов от чистого сдвига до двухосного растяжения), параллельные опыты на один и тот же режим в большинстве случаев отсутствуют, В связи с этим используются такие методы обработки экспериментальных данных, которые допускают совместный анализ результатов различных исследований, проведенных в разных условиях на материалах разного класса. С этой точки зрения целесообразно использование безразмерных координат, когда все параметры напряженного состояния отнесены к какой-либо характеристике механических свойств материала, например к условному пределу длительной прочности за определенный срок службы или к сопротивлению разрушения при кратковременном разрыве в условиях одноосного растяжения [c.130]

Существование такой общности подтверждается общими аналитическими зависимостями, которые описывают разрушение металлов и сплавов при фрикционной и объемной усталости. Уравнение Коффина, характеризующее разрушение металлов и сплавов в условиях объемной малоцикловой усталости, было получено для трения путем количественной оценки периодичности структурных изменений поверхностных слоев при испытании стали 45 на модели фрикционного контакта [121]. Эти же исследования позволили выявить особенности процесса трения, связанные с градиентом деформаций и напряжений по глубине. В целом они показывают, что, несмотря на своеобразие поведения поверхностных слоев материалов при пластическом деформировании и специфику нагружения при трении, связанную с локализацией изменений и разрушения в тонком поверхностном слое, дискретностью контакта, возможными локальными вспышками температуры, сложным напряженным состоянием, большими, близкими к предельным напряжениями на контакте, между разрушением металлов и сплавов при фрикционной и объемной усталости пет принципиального, качественного различия. [c.105]

Изнашивание является одним из видов поверхностного деформирования и разрушения материалов, осуществляемых в условиях сложной схемы напряженного состояния. Даже при очень малых нормальных нагружениях деформация единичного контакта носит упругопластический или пластический характер. Приложение сдвигающих сил при относительном перемещении контактируемых поверхностей создает облегченные условия к пластическому оттеснению материала, нарушению сплошности адсорбированных пленок окислов и, при благоприятных условиях взаимодействия, к образованию металлических связей. Даже при ничтожно малых скоростях скольжения, когда влиянием элементов температурного поля можно пренебречь, величина остаточного оттеснения материала существенно зависит от характера движения. По этому при разработке методики и создании установок для проведения лабораторных испытаний необходимо стремиться к тому, чтобы характер движения элементов пары трения и условия взаимодействия контактирующих неровностей соответствовали или приближались к реальным условиям работы соответствующих деталей машин и механизмов. [c.229]

Разрушение в условиях отсутствия стадии ускоренной ползучести также является довольно распространенной. Такое поведение наблюдается у материалов, сравнительно малопластичных при температуре испытания, цилиндрические образцы из которых разрушаются во время стадии // при сложном напряженном состоянии, характеризуемом высокой жесткостью у при нагружении сжатием при растяжении тонколистовых и трубчатых [c.91]

Оборудование и метод испытания на термическую усталость при сложнонапряженном состоянии. При выборе метода испытаний материала на термическую усталость при сложнонапряженном состоянии необходимо учитывать реальную напряженность в нем и необходимость получения количественной оценки сопротивления материалов в этих условиях. Кроме того, испытания должны быть сравнительно простыми для проведения их в обычной лаборатории горячих механических испытаний без использования сложного теплотехнического оборудования. Исходя из этого был выбран метод испытания на термическую усталость при растяжении и сжатии с кручением. [c.58]

Еще один экспериментально проверенный способ создания напряженного состояния чистого сдвига осуществляется при испытании крестовины трехслойной конструкции (рис. 4.1.14). В этом методе испытаний используются зависимости между нормальными и касательными напряжениями (деформациями) при двухосном нагружении, причем растягивающие и сжимающие напряжения создаются путем изгиба лучей крестовины. Арматура в исследуемом материале уложена под углом +45° к осям крестовины. Преимущество крестовины трехслойной конструкции по сравнению с другими схемами двухосного растяжения—сжатия — это простота реализации схемы нагружения. При качественном изготовлении крестовины (должно быть обеспечено равенство растягивающих и сжимающих напряжений) метод дает хорошие результаты, однако он неэкономичен, так как из-за условий нагружения требуются образцы больших размеров (порядка 500 X 500 мм в плане) и сложной конструкции. Конструктивное исполнение крестовины такое же, как трехслойных балок, которые описаны в гл. 5. [c.132]

Тонкостенные трубы, нагруженные внутренним или наружным давлением, продольной нагрузкой и крутящим моментом, являются наиболее приемлемыми образцами для испытания композиционных материалов в условиях сложного напряженного состояния. Наиболее трудным моментом при использовании таких образцов является обеспечение чистых граничных условий и предотвращение возникновения нежелательных напряжений. Относительный диаметр трубок должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить плоское напряженное состояние и минимизировать нормальные напряжения. Далее следует понимать, что аналитические теории прочностп могут в лучшем случае предсказывать возможность разрушения, но не его вид. Последнее требует дополнительных экспериментальных данных. [c.176]

В настоящее время для экспериментального исследования механических свойств материалов в условиях сложного напряженного состояния имеется большое число методик, использующих образцы различных типов,-причем для каждого типа образца существует множество конкретных конструктивных решений. Большинство из этих методик рассчитано на реализатщю двухосного (плоского) напряженного состояния, так как практическое создание в достаточно большом рабочем объеме образца однородного и контролируемого в процессе испытания трехосного напряженного состояния, а также корректное количественное определение соответствующего ему деформированного состояния материала все еще представляют собой трудную методическую проблему. [c.308]

Большой интерес среди инженеров вызвала серия экспериментальных исследований, проведенных Фойхтом и его учениками с целью разъяснить понятия, относящиеся к прочности материалов. Работая на образцах, вырезанных из крупных кристаллов каменной соли, Фойхт нашел, что сопротивление растяжению весьма сильно зависит от ориентации оси образца относительно кристаллографических осей. Оно зависит также и от характера поверхности образца. Фойхт показал, что легкое травление боковой поверхности стеклянных образцов приводит к резкому повышению их сопротивления. Равным образом им было показано, что при неоднородном поле напряжений сопротивление в точке зависит не только от величины напряжений в этой точке, но также и от степени их изменений от точки к точке. Сравнивая, например, предельные сопротивления растяжению изгиба для каменной соли и для стекла, он находит, что наибольшее напряжение разрушения при изгибе почти вдвое превышает соответствующее напряжение при разрыве. Много испытаний было проведено им в условиях сложного напряженного состояния с той целью, чтобы проверить теорию Мора. Все эти испытания выполнялись на хрупких материалах, и результаты их не совпадали с теорией. Фойхт пришел к заключению, что вопрос о физической сущности прочности слишком сложен и что построить единую теорию, которую можно было бы с успехом применять ко всем видам строительных материалов, невозможно. [c.413]

Тела с кристаллической структурой также обладают способностью пластически деформироваться при температурах, лежащих значительно ниже точки их плавления. Ряд примеров был указан в предыдущей главе. Среди поликристаллических материалов важнейшее место занимают пластичные (ковкие) металлы благодаря их способности подвергаться пластическим деформациям под действием усилий достаточной величины и при низких температурах. Лабораторные испытания, произведенные с постепенным увеличением силы в течение непродолжительного времени, показали, что значительные пластические деформации можно получить и в других кристаллических материалах, как, например, в хрупких горных породах (мрамор, песчаник). Чтобы этого достигнуть, требуются, однако, большие сячимающие усилия, причем нагружение следует производить так, чтобы образец работал в условиях сложного напряженного состояния. [c.22]

Исследования Б. Д. Грозина, П. В. Бриджмена и других подтверждают, что в условиях сложного напряженного состояния сжатия даже высокотвердые, хрупкие при обычных испытаниях, материалы обладают значительной пластичностью. [c.115]

Изложенные выше соображения по поводу склонности материалов к хрупкому разрушению не позволяют предсказать характер разрушения материала, в котором уже образовалась трещина. Возможно, это связано с тем, что у большинства материалов при увеличении скорости деформирования резко повышается предел текучести. Микротрещины в материале могут образоваться в зонах локализации деформации. Таким образом, зная лишь характеристики макропластичности (кривые деформирования) при растяжении гладких образцов, нельзя достоверно оценивать в общем случае склонность материала к хрупкому разрушению. Примером разрушения детали из стали, имеющей отношение 0 0,2/сГв < 0,87, явилось хрупкое разрушение корпуса насоса, работающего в условиях сложного напряженного состояния, для которого в месте образования трещины значение А = (Гг/о = 0,4. Корпус был изготовлен из литой стали 20Х13Л, имевшей грубую структуру и следующие механические свойства <Го.2 = 293 МПа сг = 451 МПа б = 10% ф = 9,8% (рис. 2.7, б). Разрушение корпуса было вызвано аварийным превышением давления. Из металла разрушенного корпуса были изготовлены образцы типа Менаже для испытания на ударный изгиб с радиусом в надрезе 1 мм. Значение уд ной вязкости (удельной работы разрушения) оказалось равным 70-100 кДж/м . [c.85]

Широкое применение конструкций из композитов немыслимо без точного определения их несущей способности и, следовательно, без умения надежно предсказывать предельные напряжения и деформации каждого конкретного композита в условиях эксплуатации. Как правило, основным источником информации о прочностных свойствах композита являются испытания в условиях одноосного напряженного состояния, тогда как в реальных конструкциях материал находится в сложном напряженном состоянии. Элементы современных силовых конструкций из композитов составляются обычно из различно ориентированных однонаправленных слоев, уложенных в определенной последовательности по толщине. Прочностные свойства слоистых композитов в отличие от изотропных и однородных материалов обладают отчетливо выраженной анизотропией. Более того, достижение [c.140]

Детали машин в большинстве случаев имеют сложную форму с резкими изменениями сечений в виде буртов, галтелей, надрезов, отверстий и т. п. Все это вызывает в отдельных частях деталей концентрацию напряжений и является источником возникновения сложного напряженного состояния. Наиболее правильная оценка свойств материалов может быть дана при условии приближения методов испытания к практическим условиям работы. Проведение таких испытаний иногда методически трудно осуш,ествимо и часто связано с большими дополнительными затратами. В связи с этим представляют интерес методы создания в образце сложного напряженного состояния при обычных испытаниях на растяжение. Одним из таких методов является нанесение на цилиндрический образец кольцевого надреза. Изучение характера разрушения материала и процесса распространения пластической деформации в месте надреза может содействовать выяснению общих закономерностей пластической деформации при сложном напряженном состоянии. [c.117]

В действительности же этот способ оказывается нереальным, так как при каждой новой комбинации главных напряжений пришлось бы снова производить эксперимент и опытным путем получать каж ь й раз свои значения главных предельных напряженни. На практике встречается такое большое количество различных сочетаний главных напряжений, что. для всех применяемых конструкционных материалов создать каждое нз них в лабораторных условиях оказывается неосуществимым не только из технических, по и экономических соображений. Поэтому возникает неббходимость оценивать прочность в сложном напряженном состоянии, основываясь на результатах испытаний материалов иа одноосное растяжение. Это становится возможным при использовании так называемых гипотез прочности — научных предположений о причинах перехода материалов в опасное состояние. [c.321]

Полезно сравнить различные экспериментальные методы. В испытаниях на откол и при определении динамических диаграмм деформирования [156], волны напряжений являются одномерными, т. е. для измерения прочностных свойств материалов используются вполне определенные напряженные состояния. Однако при испытании на соударение условия нагружения определяются контактом поверхности с затупленным телом и реализуется сложное напряженное состояние, В методах Изода и Шарни нож маятника имитирует реальный удар по образцу в форме балки. Реальный характер соударения с внешним объектом имитируется и при баллистических испытаниях, воспроизводящих локальное неоднородное напряженное состояние в окрестности области контакта. Однако различная природа инициируемых напряженных состояний исключает возможность сравнения различных методов. В частности, не всегда можно сопоставить данные, полученные методами Изода и Шарпи. Кроме того, из-за малого размера образцов при большом времени контакта (например, 10" с) возникает многократное отражение импульса, что затеняет его волновую природу, проявляющуюся в больших образцах или в реальных конструкциях. Однако при баллистических испытаниях, когда используются тела диаметром порядка 2 см, движущиеся с большой скоростью, время контакта может составлять менее 5 х 10 с. При скорости волны 6 мм/мкс энергия удара в пластине концентрируется в пределах круга с радиусом, не превышающем 30 см. В пластине больших размеров можно получить меньшее число отражений, чем в малом образце. По мнению авторов, масштабный эффект является существенным при испытаниях на удар. Для экстраполяции экспериментальных данных на протяженные конструкции необходимо, чтобы помимо других параметров сохранялось постоянным отношение их1Ь, где т — время контакта, и — скорость волны, Ь — характерный размер. [c.315]

Жаропрочные сплавы в условиях эксплуатации претерпевают сложное воздействие температуры и нагрузок. В связй с этим для них наряду с обычными для всех конструкционных материалов свойствами — Ов, ао,2, б, "ф, Ан обязательно определяют и специфические, из которых два являются основными — предел ползучести и предел длительной прочности. Первый — величина напряжения которая вызывает заданную величину деформации или заданную скорость деформации за некоторое принятое время при данной температуре второй — наибольшее напряжение, которое выдерживает материал, не разрушаясь при заданной температуре, продолжительности испытаний и рабочей атмосфере. Обеспечение жаропрочных свойств, определяемых этими характеристиками, предусматривает создание в сплавах особо устойчивого структурного состояния, гарантируюш его их длительную надежную работу в условиях эксплуатации. Такое состояние связано с наиболее полной реализацией основных факторов, влияющих на жаропрочность, и прежде всего наличием упрочняющих когерентных у -выделений,. а также образованием относительно крупнозернистой структуры. На практике это достигается стандартной термообработкой, которая включает высокотемпературный отжиг в однофазной -у-области, закалку и последующее старение. В результате такой обработки сплавы имеют величину зерен, соответствующую 1—3-му баллу по стандартной шкале, и содержат большое число дисперсных частиц 7 -фазы. [c.249]

Дальнейшие испытания. Результаты опытов Лессельса и Мак-Грегора на сложное напряженное состояние с тонкостенными трубами из никель-хром-молибденовой стали также подтверждают условие текучести Tqkt.= onst. В эту серию испытаний были включены отдельные опыты, в которых одно из главных напряжений было сжимающим. К аналогичным выводам пришли также Рош и Эйхингер на основании ряда опытов на сложное напряженное состояние, проведенных с различными материалами. [c.282]

Точность любого критерия оценивается путем сопоставления результатов расчета и данных опыта. Известные экспериментальные далные о закономерностях деформирования и разрушения материалов при сложном напряженном состоянии весьма ограничены, что объясняется большими методическими трудностями при постановке опыта. Эти трудности значительно возрастают при проведении испытаний в условиях высоких и низких температур. По ш13ко- и высокотемпературной прочности материалов при сложном напряженном состоянии в литературе опубликованы лишь качественные результаты, практически полностью отсутствуют какие-либо данные о принципах конструирования соответствуюшдх испытательных средств. Этим вопросам во втором разделе уделено особое внимание. Здесь, в частности, подробно описаны методики и экспериментальные установки, разработанные и созданные в Институте проблем прочности АН УССР под руководством и ири непосредственном участии авторов, проведен анализ основных экспериментальных результатов по изучению законов упрочнения и критериев предельного состояния наиболее типичных представителей отдельных групп конструкционных материалов в различных условиях механического и теплового нагружения. [c.8]

Задачи испытания материалов. При изложении первых глав настоящего курса нам постоянно приходилось ссылаться на данные опытов, в результате которых устанавливались те или иные свойства материалов. Основные законы упругости и пластичности, полагаемые в основу различных теорий сопротивления материалов, получены путем прямых испытаний образцов, поставленных в специальные условия. Эти законы применимы, строго говоря, лишь в тех пределах, в которых они нашли прямое экспериментальное подтверждение. Так, если сталь проявляет упругие свойства в довольно большом диапазоне напряжений и закон Гука для стали является весьма точным законом, мягкие металлы, например свинец, обнаруживают пластическую деформацию уже при очень малых нагрузках и вряд ли вообще могут считаться упругими. Поэтому, применяя выводы сопротивления материалов к новым материалам, необходимо подвергать их всестороннему исследованию. Некоторые основные гипотезы сопротивления материалов проверяются лишь для ограниченного числа частных случаев, тогда как теория придает им универ--сальный характер. Так, например, условие пластичности при сложном напряженном состоянии мы считаем справедливым для любых напряженных состояний, хотя имеющийся опытный материал, на основе которого эти условия были сформулированы, относится почти исключительно к двухосному напряженному состоянию, да и то не при всех возможных соотношениях между главными напряжениями. Поэтому одна из важных задач состоит в принципиальном выяснении на опыте правильности тех или иных механических теорий и установлении траниц их практической применимости. [c.122]

Прочность при низких температурах. Хрупкое разрушение стальных конструкций наблюдается особенно часто при низких температурах. Упомянутые выше случаи разрушения резервуаров а судов происходили при температурах ниже нуля. В условиях крайнего севера, где металлические конструкции и механизмы работаюг зачастую при температурах —40° и —50°, хрупкие разрушения, особенно часты, и проектирование сооружений, работающих в этих, условиях, требует особого внимания. Явление хрупкости стали при низких температурах получило название хладноломкости. Схематическое объяснение хладноломкости может быть следующее (А. Ф. Иоффе,. 1924 г.). Пластические свойства металла в сильной степени зависят от температуры, предел текучести с понижением температуры повышается. В то же время сопротивление отрыву практически не зависит от температуры. Поэтому при низких температурах условия перехода от хрупкого разрушения к пластическому меняются и отрыв становится возможным прежде, чем наступит пластическое состояние. В частности, и при растяжении может случиться, что образец разорвется прежде, чем появятся пластические деформации. Не у всех металлов оказывается возможным получить хрупкое разрушение при растяжении за счет понижения температуры металлы с гранецеитри-рованной решеткой сохраняют пластические свойства при весьма низких температурах, среднеуглеродистая сталь, весьма пластичная в обычных условиях, становится хрупкой при растяжении лишь при температуре жидкого водорода. При динамическом деформировании, предел текучести оказывается выше, чем при статическом, поэтому критическая температура хладноломкости, то есть температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому, повышается, В опытах Давиденкова Н. Н. (1936 г.), который испытывал на ударное растяжение цилиндрические образцы из среднеуглеродистой стали, критическая температура получилась —95° для крупнозернистой структуры и — 160° для мелкозернистой. При сложном напряженном состоянии, например в месте концентрации напряжений, условия перехода от пластического разрушения к хрупкому будут другими и критическая температура, определенная в этих условиях, отличается от критической температуры, найденной путем испытания гладких образцов иа растяжение. В настоящее время не существует теории, которая позволяла бы надежным образом производить расчеты на прочность в условиях низких температур с тем, чтобы предусматри вать возможность хрупкого разрушения, однако надлежащий выбор, материалов и соблюдение некоторых конструктивных и технологических предосторожностей позволяют избежать хладноломкости. [c.411]

Методы второй группы (см. табл. 2.23, образцы типов 3, 4, 5, 6, 7, 8) позволяют моделировать напряженное состояние и условия разрушения деталей, близких по ( рме и конфигурации, изучать процессы распространения образовавшихся поверхностных трещин в условиях уменьшающихся по мере удаления от поверхности напряжений, а также изучать влияние на число циклов до образования трещин концентраторов напряжений различной формы, изготовленных по разной технологии. В этих методах термические напряжения изменяются с течением времени не только при нагреве, охлаждении и выдержке, но различны и по сечению образцов, причем в процессе термоциклирования эти напряжения в разных точках образца перераспределяются. Все это делает задачу о расчетном определении значений (г и с достаточно сложной величины <г и с оказываются в значительной степени связанными с точностью определения или расчета температурных полей и принятыми гипотезами пластичности и пoлзyчe ти Поэтому такие методы не могут быть использованы в качестве простейших - базовых для определения характеристик материалов, необходимых для проведения расчетов прочности деталей. С их помощью могут решаться задачи по определению термостойкости образцов с поверхностным слоем, имеющим механические свойства и химический состав, отличаю-пщеся от сердцевины, а также с различного рода неметаллическими включениями. Рассмотрим подробнее особенности методик испытаний образцов типов 1, 2 и 7. [c.191]

Результаты теоретических исследований, свидетельствующие о сложном характере реологического поведения материалов при высокоскоростном деформировании, полностью подтверждаются экспериментально. Особенности ударно-волнового нагружения металлов заключаются не только в высокой скорости деформирования и возможных структурных изменениях, но и в повышении температуры, которое особенно заметно при высоких напряжениях оь Оценки приращения температуры в ударных волнах по уравнениям состояния (см. гл. 2) дают следующие приращения температуры при 01 = 50 ГПа А7 = 400 С для Ее, 300 °С для Си и 170 °С для А1 при о, = 100 ГПа АГ = 1.5 10 °С для Ее, 1.3 103°С для Си и 3 10 °С для А1. Зависимость прочности металлов от скорости деформирования проявляется различным образом. Механические характеристики меди (отжиг) остаются неизменными при растяжении со скоростью е = 2 10 с (статические испытания) и высокоскоростной деформации со скоростью е =(5 10 —3 10 ) с [4]. Незначительное повышение условного предела текучести о. зарегистрировано в той же работе при таких же условиях испытаний для АМгб (отжиг) при растяжении и для АМгб в состоянии по ставки при сжатци. В то же время для твердой меди в пластической области отмечается повышение предела текучести примерно [c.178]

Современные инженерные методы расчета основаны преимущественно на макроскопических понятиях и представлениях. В действительности разрушению (в смысле отделения одной части тела от другой) предшествуют сложные микро- и субмикроскопи-ческие процессы в материале, характер протекания которых зависит от природы и физического состояния деформируемого тела, вида и режима механического нагружения, температурных условий испытания, среды и многих других факторов. Интенсивность этих процессов в значительной степени зависит от уровня соответствующих напряжений, которые можно подразделить на три группы [105] напряжения первого, второго и третьего рода. Напряжения первого рода уравновешиваются в объемах одного порядка с объемами тела, напряжения второго рода уравновешиваются в объемах нескольких кристаллитов, а напряжения третьего рода — в объемах одной или нескольких кристаллических ячеек. [c.61]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...