Прочность в условиях простого нагружения

Прочность в условиях простого нагружения [c.183]

Изучение прочности композитного материала обычно базируется на стандартных испытаниях в условиях простейших нагружений чистое растяжение, сжатие и сдвиг [167, 199, 207, 208]. Используя разработанную структурную модель, рассмотрим сначала эти простейшие ситуации. [c.31]

На рис. 96 приведены экспериментальные данные и предельные кривые в осях а, х, относящиеся к одной температуре испытания t = 20° С и к трем скоростям нагружения образцов из стеклопластика, при которых разрушение происходило через 1 мин, 30 мин и 10 ч (1 мин соответствует а = 15,96 т 7,8 — кривая 1 и точки 30 мин — 0 —- 1,125 т = 0,317 — кривая 2 и точки х 10 ч — а = 0,068 т = 0,011 даН/см -с — кривая 3 и точки О)-Из приведенных на рис. 96 графиков видно, что характер предельных кривых во всех рассмотренных случаях нагружения идентичен. Установлено, что при испытаниях в условиях простого нагружения длительность пребывания образцов под нагрузкой не сказывается на форме предельной кривой. При длительности нагружения 10 ч характеристики прочности снижаются предел прочности при сдвиге на 20%, предел прочности при растяжении на [c.174]

Локальный предел текучести а, используемый здесь, существенно больше предела текучести ау, определяемого в условиях простого растяжения стержневого образца обычных стандартных размеров. Аналогичное замечание можно сделать и относительно локального и обычного пределов выносливости и To/v- Исчерпывающего объяснения этим фактам пока не дано, поэтому упомянем лишь о двух наиболее распространенных. Известен закон, согласно которому малые образцы демонстрируют в среднем более высокую прочность, нежели большие, вырезанные из одной и той же заготовки. Кроме того, слабо нагруженный основной объем контактирующего тела оказывает подкрепляющее действие на малый высоконагруженный объем. Поэтому величины сг и можно вычислить лишь по формулам (21.5) и (21.6) в соответствии с нагрузками F и Fqi , вызывающими переход данной конструкции либо в состояние предельной упругости, либо в предельное состояние усталостного повреждения. [c.380]

Значения tfi и Nfi определяют для данных условий малоциклового нагружения заранее в простых опытах на длительную прочность (рис, 2.30, а) и неизотермическую малоцикловую усталость без выдержки (рис. 2,30, б). В последнем случае необходимо обеспечить сочетание циклов нагрева и нагружения, соответствующее исследуемому рел иму термомеханического нагружения. Ввиду высокой трудоемкости испытаний на малоцикловую усталость с независимыми циклическим нагревом и нагружением, в большинстве случаев используют в качестве базовых испытания на термоусталость без выдержки, когда временные эффекты заметно не проявляются. В условиях термоусталостного нагружения по программам (см. рис. 2.30) вычисление значений указанных типов повреждений может быть заменено суммированием [c.86]

В книге изложены современные теории ползучести и прочности в условиях ползучести при одноосном напряженном состоянии и распространение их на общий случай неодноосного напряженного состояния. Приведены результаты экспериментальной проверки этих теорий. Описаны экспериментальные исследования кратковременной ползучести и прочности сталей и сплавов в случае больших деформаций при высоких температурах. Сформулированы условия локализации деформаций при ползучести как в общем случае сложного, так и в частном случае простого нагружения при различных напряженных состояниях. [c.7]

Это позволяет рекомендовать указанную методику как более простую и более точную для широкого практического использования при анализе и сопоставлении металлов и расчетах на прочность деталей машин и конструктивных элементов, работающих в условиях циклического нагружения. [c.113]

Испытания проводились на плоских образцах, описанных в работах [51, 54, 127], там же дана методика определения главных нормальных напрял<ений в разрушаемом элементе образца. Нагружающим устройством служила специальная гидравлическая машина для двухосного нагружения, позволяющая создавать 24 вида различных плосконапряженных состояний. Испытания на прочность проводились в условиях кратковременного статического нагружения при комнатной температуре. Образцы доводились до разрушения. При этом между напряжениями по двум взаимно перпендикулярным направлениям в процессе нагружения все время поддерживалось постоянное соотношение, что соответствовало условию простого нагружения. [c.49]

По данным об условиях эксплуатационного нагружения при расчетах прочности и ресурса определяется номинальная и местная нагруженность. С этой целью проводится анализ распределения усилий как между основными элементами машин и конструкций, так и в пределах рассматриваемого элемента. Для такого анализа существенное значение имеет выбор и обоснование расчетных схем, когда реальные конструктивные элементы заменяются соответствующими простейшими элементами или наборами (стержни, пластины, оболочки, кольца), а реальные усилия представляются соответствующими сосредоточенными или распределен- [c.9]

Простое соединение, образуемое гайкой и болтом, который нагружен на растяжение, представляет собой одну из наиболее сложных конструктивно-прочностных проблем. При правильной конструкции соединение является очень крепким, но ослабление ее в какой-либо детали может привести к многократному уменьшению прочности. Существует широко распространенное мнение, что болты не следует применять при нагрузке -на переменное растяжение. Пока это, несомненно, верно для отдельных случайных конструкций, однако нет оснований их не применять в определенных условиях соединение шатуна с тягой и цилиндра с днищем — прекрасные примеры успешного применения болтов в условиях тяжелой переменной нагрузки. [c.316]

Уравнение поверхности прочности. Уравнение (3.7) для ортотропного материала упрощается, поскольку при расшифровке краткой тензорной записи все повторяющиеся индексы (г, к, I и т) последовательно принимают только два значения, например для плоскости -ху — только значения 1 и 2. Поверхность прочности описывается уравнением, вытекающим из полиномиального условия прочности для сложных напряженных состояний (3.7). Графическое изображение условия прочности некоторого ортотропного материала при плоских напряженных состояниях в виде поверхности прочности в трехмерном пространстве напряжений представлено на рис. 3.6. Любая точка, находящаяся внутри поверхности, соответствует безопасному напряженному состоянию и определяется координатами п , о и В рассматриваемой системе координат при простом (пропорциональном) нагружении происходит движение точки по направлению луча [c.147]

Минимальной массы конструкции в целом можно достичь только при обеспечении минимальной массы каждой отдельной детали. Их совершенство обеспечивается выбором рациональных (Jx)pM и сечений, применением материалов повышенной прочности, выполнением условия равнопрочности. Однако обеспечение полной равно-прочности возможно лишь при некоторых простых видах нагружения (например, при растяжении), при сложных можно только [c.12]

При оценке работы несущих элементов конструкций под воздействием циклически изменяющихся силовых нагрузок в условиях температурных, радиационных и других физико-механиче-ских полей возникают специфические проблемы. Они в первую очередь связаны с определением соответствующих напряжений и деформаций и формулированием условий достижения предельных состояний нарушение прочности, появление недопустимых перемещений и т. п. Характерной особенностью циклических деформаций упругопластических и вязкоупругопластических тел, в отличие от упругих, является влияние предыстории на состояние в данный момент времени. Ниже рассмотрен один класс простых переменных нагружений (в том числе при температурных и радиационных воздействиях) для которого указана возможность построения решения краевой задачи на любом полуцикле, если известно решение при нагружении из естественного состояния. [c.85]

Значительный вклад в изучение границ разрушения различных марок стали при простом и сложном нагружениях в условиях плоского напряженного состояния сделан А. М. Жуковым [37, 39, 41, 109]. Результаты его опытов воспроизведены на рис. 57. На основании этих результатов А. М. Жуков делает вывод, что для стали условие прочности тшах=ть выполняется удовлетворительно. Если принять, что это условие прочности данными опытами подтверждается удовлетворительно для области 0е>(7г, то нет достаточных данных для утверждения, что это же [c.112]

На рис. 48, а показана простая тонкостенная конструкция открытого профиля, находящаяся под действием кососимметричной нагрузки Р, что характерно для автомобильных конструкций. Жесткость и прочность этой конструкции в основном определяют изгибом боковых панелей, которые находятся в условиях плоского напряженного состояния (рис. 48,6). На рис. 49, а приведена консольная балка толщиной t, к свободному концу А которой приложена сила Р. Нагружение балки в этом случае аналогично нагружению боковой панели рассматриваемой конструкции. Балка моделировалась элементами четырех типов [11], На рис. 50, а представлены результаты численного эксперимента по определению прогиба свободного конца балки уа в зависимости от числа степеней свободы при идеализации балки треугольными элементами с постоянной деформацией (кривая 1) и линейной деформацией (кривая 2). Треугольный элемент с постоянными деформациями, что равнозначно постоянству напряжений, построен на описании поля перемещений полным линейным полиномом. Этот элемент часто называют С5Г-элементом [11], или симплекс-элементом [20]. Представление поля перемещений элемента полным квадратичным полиномом приводит к линейным распределениям деформаций или напряжений. Такой элемент обычно называют 57 -элемен-том [11], или комплекс-элементом [20]. Как видно из рис. 50, а, характеристики сходимости для треугольных элементов не очень [c.76]

В большинстве случаев характеристики усталостной прочности образцов и изделий получены при стационарном циклическом повторении нагрузки или перемещения. В условиях реальной работы подобные регулярные режимы являются редким исключением. Даже при наиболее закономерных и однообразных практических нагружениях (например, в поршневых двигателях) возникают разнообразные отклонения от регулярности изменения частоты, паузы (перерывы) нагружения, перегрузки и недогрузки и т. п. В более же сложных случаях нагружения (например, в деталях самолета, шасси автомобиля и т. д.) имеются различные сочетания статических нагрузок, вибраций (нередко одновременно нескольких различных и нестационарных частот и амплитуд) кратковременных статических и ударных перегрузок. Именно поэтому в последние годы изучают случайные вибрации т. е. такие, которые не могут быть удовлетворительно выражены ни простой функцией (синусоидой, ступенчатой и т. п.), ни простой комбинацией таких функций [18]. [c.184]

Рассмотрим прежде случай простого нагружения в пти-роком смысле [7] направления главных осей тензора напряжений при переходе от упругости в состояние неполной идеальной пластичности сохраняются, а соотногаения между величинами главных напряжений могут измениться. Выберем для описания процессов деформирования инварианты (7). Это наиболее естественный выбор, если иметь в виду основные гипотезы синтетической теории прочности [4] описание перехода к пластическому состоянию связано с условием пластичности [c.387]

Изучение поверхностей трения деталей машин, работающих в различных условиях эксплуатации, и большой опыт лабораторных исследований позволяют утверждать, что при всех нормальных условиях внешнего трения существуют защитные поверхностные структуры. Механические, физические и химические свойства этих структур обусловливают антифрикционность, износостойкость и фрикцион-ность трущихся узлов и сопряжений. Общим для защитных структур на поверхностях трения является их приспосабливаемость к условиям нагружения — высокое сопротивление нормальным напряжениям и легкость сдвига под действием тангенциальных усилий. В наиболее простом случае окислительного износа на поверхностях трения образуются пленки окислов различного состава и толщины, а также слои твердых растворов кислорода в металле и эвтектик разной степени насыщения. Окислы, образующиеся на тех или иных металлах, различны. Наряду с большим значением механических свойств пленок (твердости, прочности, хрупкости и др.) существенную роль играет прочность соединения пленок с основным металлом [20]. [c.48]

Так, в основе расчетов деталей машин на прочность и деформацию лежит закон Гука. Однако его применение для расчета различных деталей и систем с разнообразными видами нагружений потребовало создания специальных методов, которые составляют содержание таких наук, как сопротивление материалов и теория упругости. Аналогичная картина имеет место и при расчетах на износ сопряженных поверхностей деталей машин с той разницей, что вместо простейшего закона Гука в качестве исходной физической закономерности должен быть принят закон изнашивания, который связывает износ с рядом параметров, включает фактор времени и относится к материалам двух сопряженных поверхностей. Теория изнашивания сопряженных деталей машин, которая в настоящее время находится на первом этапе своего развития, должна дать методы расчета и оценки износа всех основных типов сопряжений при различных условиях их работы. [c.272]

При попытке создать сформулированные выше условия сразу же возникают определенные трудности. Как уже отмечалось, при внешнем нагружении системы, состоящей из двух взаимосвязанных механически различных фаз, на поверхности раздела между ними возникает сложное напряженное состояние. При простом механическом испытании прочности изолированного промежуточного слоя (поверхности раздела) воссоздать это сложное напряженное состояние практически невозможно. Поэтому необходимо четко сознавать, что напряженное состояние поверхности раздела, существующее в объеме композита и создаваемое при испытании изолированной поверхности раздела, различно. [c.69]

На рис. 11, б представлены замкнутый контур вектора напряжений, вызванных действием произвольного удаленного пол нагрузок Р , и контур вектора прочности анизотропного тела который также меняется в зависимости от полярного направления относительно кончика трещины. Мы видим, что разрушение происходит не обязательно вдоль направления бц для которого модуль вектора напряжений имеет максимальное значение, а происходит тогда, когда длина вектора напряжений достигает величины вектора вдоль направления 0е, как показано на рис. 11. В одномерных задачах внешние силы Р сводятся к единственному случаю растяжения здесь параметр Гс является просто эмпирической константой. Доказательство такой модели разрушения основано на том, будет ли величина характерного объема Гс постоянна при любых условиях нагружения Р . [c.232]

By предполагает, что в условиях простого напряженного состояния (например, растяжения) статистический разброс прочности материала можно отнести за счет изменения размеров микродефектов и, следовательно, изменений критического объема, характеризуемого расстоянием Гс. При таком подходе напряженное состояние на поверхности объема гс) выражается при помощи сингулярных форм а,/ (см., например, (6.18)) при г = Гс- Это означает, что Гс всегда лежит в зоне преобладающего влияния упругой особенности типа квадратного корня от г в знаменателе. Отличное экспериментальное подтверждение подхода By было получено на одно-наиравлениом стеклопластике (S ot hply 1002) для смешанного вида нагружения при наличии трещин, параллельных волокнам. Более того, оказалось, что Ki и Кпс и величина критического объема для различных ориентаций трещины относительно приложенных нагрузок постоянны. Величина Гс оказалась приблизительно равной 1,95 мм. [c.237]

Рассмотрена задача о минимизации перемещения верхнего Сечения колонны, возводимой с детерминированной или случайной скоростью. Изучены задачи ироектирования армированных балок при ограничениях по прочности или по жесткости. Задачи оптимального,""проектирования балок по жесткости исследованы в минимаксной и стохастической постановках. Далее решена задача об усилении полого вязкоупругого цилиндра многослойной обмоткой. Изучены оптимальные формы стареющих вязкоупругих тел при их простом нагружении. Для каждой из перечисленных задач оптимизации конструкций выведены соотношения, определяющие решение в общем случае, приведен их анализ и рассмотрен (численно или аналитически) вид оптимальных форм для конкретных ситуаций. Отметим, что модель неоднородно-стареющего упругоползучего тела служит, в частности, для адекватного отражения картины распределения возрастов материала. По этой причине функция, характеризующая процесс неоднородного старения в теле, может рассматриваться как управление. Выбор указанного управления может осуществляться, например, из условия оптимальности характеристик прочности и жесткости. Указанное обстоятельство является источником постановки ряда принципиально новых задач оптимизации конструкций. [c.10]

Влияние поверхностей раздела на прочность композита при внеосном нагружении пытались оценить лишь для случая поперечной ориентации (0=90°). Хотя этот случай и является простейшим, существующие теории еще не в состоянии учесть всю сложность реальных условий деформации и являются приближенными. Тем не менее важным шагом в решении проблемы оказывается оценка верхнего и нижнего предельных значений прочности при поперечном нагружении, которые, вероятно, могут быть распространены и на случаи нагружения под другими углами. Конечно, оценка верхнего предельного значения прочности основана на представлениях о прочной поверхности раздела. Однако мы обсудим здесь этот вопрос, поскольку верхнее и нижнее предельные значения рассматриваются совместно и поскольку данный вопрос является отправной точкой для дальнейшего развития теорий слабых поверхностей раздела. [c.191]

Для некоторых видов материалов это условие не выполняется. В частности, для эпоксидного стеклопластика (S oteh- ply 1002) отношение (3.16) меньше единицы. На рис. 3.1 хорошо видно, что определенное из эксперимента предельное напряжение — rj выше, чем предсказывает критерий наибольших деформаций [1]. Используя такую же процедуру, можно исследовать ограничения, накладываемые на этот критерий при других условиях нагружения. Таким образом, рассматриваемый критерий может оказаться не инвариантным по отношению к записи условия прочности в напряжениях или деформациях, хотя связь напряжений и деформаций (3.14) однозначна. Этот простой пример показывает, что [c.108]

Коррозионное повреждение оказывает серьезное влияние на механические свойства металла. При образовании окисла на металлической поверхности количеств остающегося металла умень шается, и при его нагружении действующие напряжения возрастут. То же самое справедливо при растворении металла. В любом случае при превышении предела прочности при растяжении металла образец разрушится. Однако помимо этих простых соображений следует считаться с особыми видами механического разрушения металлов, которые либо имеют место только в условиях коррозии, либо значительно усиливаются в коррозионных средах. Они представляют собой главнейшую причину разрушения конструкций и включают [c.166]

Для плоского напряженного состояния компоненты тензора прочности, входящие в (6.10), определяются по результатам испытаний при пяти простейших нагружениях, причем все прочностные параметры материала должны удовлетворять так называемому условию совместности [34], которое в общем случае учитывает зависимость предела прочности при чистом сдвиге Тв45 от знака касательных напряжений. [c.208]

Одним из наиболее важных вопросов при шсчетах на контактную прочность является вопрос о достоверности принятой при расчетах величины модуля упругости материала. Работы по изучению этой характеристики проводились применительно главным образом к условиям сравнительно простых видов напряженного состояния растяжения, сжатия или изгиба [8, 15]. В то же время известно, что в условиях всестороннего сжатия, имеющего место при контактном нагружении, многие материалы значительно меняют свои свойства. Это обстоятельство обусловливает необходимость проведения дополнительных исследований в данной области. [c.91]

Параметры предельных поверхностей макроскопического разрушения при однократной нагрузке определяются в статистической теории прочности [2] по данным испытаний материала для различных соотношений между главными напряжениями 1 рода. Аналогично можно найти параметры уравнений (10). Однако методика усталостных испытаний при сложном напряженном состоянии связана с большими трудностями, чем методика испытаний при однократном нагружении. Поэтому целесообразно по возможности сократить число параметров, определяемых по разультатам усталостных испытаний в условиях сложного макроскопического напряженного состояния (микроскопическое напряженное состояние является сложным во всех случаях, в том числе и в тех, где макроскопическое напряженное состояние представляет собой простое растяжение или сжатие). [c.56]

Второй этап имеет целью проверку соответствия прочности простого образца, растягиваемого в одном направлении, и прочности элементов в условиях, близких к нагружению натурной конструкции. Поэтому испытания листового металла, сварных соединений и узлов на этом этапе осуществляются в условиях, более близких к работе тонкостенного сосуда под внутренни1Л давлением, т. е. при двухосном растяжении. Для этого следует использовать специальные испытательные установки типа УДР-МВТУ, в которых двухосное растяжение листового металла и сварных соединений осуществляется методом гидростатического выпучивания [2, 3, 9]. Выявление возможности снижения прочности под действием таких факторов, как состояние поверхности, неоднородность механических свойств сварного соединения в зависимости от параметров процесса сварки и термообработки, влияние различных дефектов, повторности нагружения и т. д. осуществляется на образцах, условия изготовления и нагружения которых приближаются к условиям реального узла сосуда. Раздельная оценка действия различных факторов позволяет обосновать требования технических условий к процессам сборки, сварки, термообработки и приемки изделия и тем самым обеспечить его надежную работу в эксплуатации. [c.188]

Оценка прочности самолетов, нагружения их конструкции в полете вызывалась, с одной стороны, желанием конструкторов убедиться в величине действующих в элементах усилий, а с другой, накопить материалы для подтверждения нормируемых нагрузок, уточнения норм прочности. Простейшим, хотя и косвенным, был впервые примененный А. И. Макаревским [12] метод определения деформаций крыла с последующим сопоставлением с деформациями, оцененными расчетными методами или в условиях статических испытаний на земле. Существенный вклад в обобщение методов исследований вибрации конструкций внесла монография А. В. Чесалова [13]. К числу драматических эпизодов из области летных испытаний авиационных конструкций на прочность нужно отнести смелый и рискованный испытательный полет С. Н. Анохина с доведением до предельных нагрузок или флаттера и разрушения планера Рот Фронт на одном из Всесоюзных планерных слетов в Коктебеле. Единственным объективным свидетелем условий разрушения был сам летчик, гарантии сохранения жизни которого тогда, по-видимому, никто не давал. Он был выброшен из кабины и благополучно приземлился на парашюте. Наблюдатели с земли зафиксировали лишь факт разрушения планера. [c.316]

В условиях сложного напряженного состояния реализуется множество различных сочетаний компонентов напряжения, которые могут изменяться по величине, знаку, частоте. Поэтому задача о расчете на прочность становится весьма сложной и в общей постановке до сих пор не решена [703, 1025, 1036]. Известные теории усталостного разрушения предложены применительно к отдельным, наиболее простым случаям циклического нагружения. При этом для установления условий разрушения обычно используют статические теории прочности. Возможность такого использования имеет два оиоснования. Во-первых, соотношение пределов вьшосливости при растяжении — сжатии и кручении изменяется для разных классов материалов примерно в том же интервале, что и соотношение между пределами текучести (или пределами прочности) при тех же способах нагружения, которое прогнозируют классические теории прочности 703]. Во-вторых, процесс усталости связан с возникновением и развитием локальных микропластиче-ских деформаций, а классические теории пластичности как раз и прогнозируют условие перехода материала из состояния упругости в пластическое состояние [3971. [c.276]

При очень большом числе циклов нагоужения (порядка 10 -1 (г), характерном для транспортных ГТУ (судовых, авиационных), и температурах, при которых ползучесть металла в пределах полотна диска не играет существенной роли, представляется наиболее обоснованным требование практически полного отсутствия пластических деформаций во всех циклах (за исключением разве некоторого, относительно небольшого, количества первых циклов). Этому требованию проще всего удовлетворить при проектировании с использованием расчетов, основанных на теории приспособляемости. Поэтому такой подход в последнее время кладется в основу нормирования запасов прочности для циклических режимов (с учетом температурных напряжений), соответствующих наиболее часто встречающимся в эксплуатации маневрам ГТУ. При этом следует отметить, что в тех случаях, когда в пределах полотна диска имеют место значительные концентраторы напряжений (на ободе, у отверстий для крепления и т.д.), обычный его упругий расчет (лежащий в основе расчета дисков по теории приспособляемости) необходимо дополнять расчетом его по схеме плоской задачи или пространственной осесимметричной задачи теории упругости (например, методом конечных элементов) с тем, чтобы при нахождении условий приспособляемости учесть фактические значения напряжений в районе концентраторов. В тех случаях, когда диск ГТД работает при таких температурах, при которых уже нельзя пренебречь ползучестью его материала, расчет диска по теории приспособляемости (даже если в рамках этого расчета вместо предела текучести используется какая-либо другая характеристика материала, связанная с ползучестью, например предел ползучести сгл на соответствующей базе и циклический предел упругости в условиях ползучести Sт), представляется недостаточным и его желательно дополнять расчетом стабилизированного цикла [71] и деформаций ползучести, накапливаемых в каждом таком цикле. Применительно к переменным режимам аварийного типа Например, пуск из холодного состояния с последующим мгновенным или просто очень быстрым набором перегрузочной мощности), в процессе которых могут возникать относительно большие пластические деформации (и, может быть, ползучесть), но зато известно, что число таких циклов нагружения за весь срок службы двигателя невелико (например, несколько десятков) описанный выше подход уже не является целесообразным. Для оценки запасов прочности применительно к таким режимам (определяемых как отношение числа циклов до разрушения или появления макроскопической трещины к фактическому числу циклов) необходим расчет, как минимум, параметров стабилизированного цикла или полный расчет кинетики нагружения - цикл за циклом, а также знание соответствующих критериев разрушения, учитывающих накопление повреждений от необратимых деформаций любого типа. аяя [c.483]

Необходимо, чтобы учаи],ипся не просто помнил форму записи условия прочности, а ясно понимал содержание того, что написано расчетное напряжение, равное частному от деления продольной силы на площадь сечения, не должно превышать допускаемого напряжения. Расчетное напряжение зависит от действующих на конструкцию нагрузок и от ее размеров, а допускаемое напряжение в основном зависит от материала конструкции. Конечно, еш,е лучще, если учащийся скажет, что допускаемое напряжение зависит от материала, конструкции, вида нагружения и принятого коэффициента запаса прочности. [c.82]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...