Напряженное состояние в материала — Влияние иа прочност

Кроме перечисленных факторов, прочность пластмассы может зависеть также от размеров испытываемого образца. Как правило, с увеличением размеров образца она уменьшается. Это объясняется тем, что разрушение начинается в наиболее слабых местах материала и чем больше образец, тем больше вероятность нахождения в нем наиболее слабого места, вообще присущего данному материалу. От размеров образца зависит также степень однородности напряженного состояния в месте разрушения. Влияние на прочность размеров образца учитывается масштаб- [c.24]

Вместе с тем встречаются случаи, когда влияние различных дополнительных факторов перекрывает влияние основных факторов. Трудно подыскать явления другой физической природы, в которых комплекс одновременно протекающих процессов был бы аналогичен комплексу процессов, протекающих в другой системе. Так, например, тепловые и упругие состояния подобных тел сравнительно просто моделируются с помощью электрических аналогий или мембранной аналогии. Это объясняется тем, что используются простые исходные зависимости. В случае исследования предельных состояний материалов при их разрушении этих зависимостей недостаточно, поскольку в отличие от уравнений упругости, однозначно связывающих деформацию с напряжениями, уравнения предельных состояний зависят от многих индивидуальных свойств, характерных для различных видов материалов, таких, как пластичность, зависимость прочности от вида напряженного состояния, объема материала, пористости, структуры и т. д. В таких случаях трудно подыскать явления другой физической природы, которые могли бы служить надежным аналогом, пригодным для исследования количественных закономерностей. Тогда моделирование приходится проводить с использованием явлений той же физической природы и часто не на модельных, а на реальных материалах. При этом представляется возможность исследования влияния на ход процесса небольшого количества факторов при сохранении подобия большинства параметров, характеризующих систему. [c.117]

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]

Испытание на растяжение и сжатие. В связи с неоднородностью напряженного состояния в образце возникают значительные погрешности, которые существенно зависят от закрепления образца в захватах испытательной машины. При испытаниях образцов в направлениях, несовпадающих с осями упругой симметрии, происходит их перекос и скручивание. Кроме того, при испытаниях образцов из анизотропных материалов в произвольном направлении происходит поворот и смещение поперечных сечений из-за сдвиговых деформаций. Известно, что при обычных испытаниях абсолютно свободной деформации образца не происходит. В зажимных приспособлениях испытательных машин вблизи поверхностей захвата в образцах вследствие стесненной деформации возникает неоднородное напряженное состояние. Влияние закрепления образца на характер напряженного состояния снижается по мере удаления от мест захвата, тогда при достаточной длине образца и ограниченной ширине можно говорить об однородном напряженном состоянии в его средней части. Однако дополнительные напряжения, возникающие вблизи места захвата, часто оказываются определяющими, что приводит к преждевременному разрушению образцов у торцовых сечений. Учитывая различие характеристик прочности при растяжении и сжатии композиционного материала, важно обеспечить минимальный эксцентриситет приложения нагрузки при испытаниях на сжатие. [c.144]

Экспериментальные данные о влиянии скорости деформации на сопротивление деформированию в волнах разгрузки, проявляющейся в связи силовых и временных параметров откольной прочности материала, позволяют расширить диапазон скоростей деформирования. Для анализа результатов необходимо принять определенную модель процесса разрушения с соответствующими критериями разрушения, позволяющую связать влияние скорости деформации на сопротивление деформации при одноосном напряженном состоянии в испытаниях на растяжение — сжатие (или двухосном напряженном состоянии в испытаниях на чистый сдвиг) с влиянием скорости нагружения в области растягивающих напряжений на откольную прочность при одноосной деформации в плоских волнах нагрузки. [c.242]

Прежде чем рассчитывать деталь на прочность, необходимо правильно определить вид напряженного состояния, в котором она будет находиться в процессе эксплуатации. Расчет на прочность, в сущности, заключается в определении запаса прочности (коэффициента безопасности). Запас прочности в каждом конкретном случае должен подбираться в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации и свойств материала. Практика показывает, что величина общего коэффициента запаса прочности может колебаться в пределах 1,3—6. Если расчет производится без учета динамичности нагрузки, то величина коэффициента запаса прочности может быть увеличена до 15. Большой диапазон изменения коэффициента запаса свидетельствует о том, что при расчете на прочность иногда не представляется возможным точно учесть влияние активных факторов, таких как динамичность нагрузки, однородность свойств материала, влияние конструкции напряжений. [c.143]

Наконец, следует отметить, что на хрупкость материала могут очень сильно влиять так называемые остаточные напряжения, которые могут получиться в материале при закалке, при холодной прокатке или при недостаточной температуре горячей прокатки, когда материал получает наклеп. Опытами на растяжение такие напряжения, как правило, не могут быть выявлены. Остаточные напряжения обычно связаны с возникновением объемного напряженного состояния в материале в связи с этим возможно хрупкое разрушение. Такие случаи встречались при изготовлении мощных двутавровых балок со сравнительно тонкими полками. В нашей практике был случай хрупкого разрушения двутавровой балки № 50 при сбрасывании ее на землю в морозный день. Результаты статических испытаний, химического и металлографического анализа показали, что материал как будто вполне доброкачественный. Лишь ударные испытания при различных температурах обнаружили резкую хладноломкость для образцов, вырезанных у края полки двутавра,— в наиболее наклепанном месте. Что касается влияния на хрупкость химического состава сталей, то ударная вязкость понижается, как это видно из таблицы 21, с увеличением количества углерода, т. е. с повышением предела прочности и уменьшением пластических свойств стали. Весьма неблагоприятно отражается на сопротивлении удару, особенно при низких температурах, наличие фосфора. Поэтому на практике при изготовлении материала для деталей, работающих на удар, всячески ограничивают примесь этого элемента. [c.533]

Можно наметить ряд путей повышения коэффициента использования прочности. О них была уже речь выше, и некоторые из них мы пытались реализовать в случае монокристаллов. Мы думаем, что повышения коэффициента использования прочности в поликристаллах нужно добиваться теми же способами. Чтобы получить от кристалла наибольшую прочность, необходимо поставить го в такие условия, чтобы пластическая деформация была бы исключена. Можно идти следующими путями. Ставить изделие в такие условия работы, чтобы напряженное состояние не способствовало наступлению пластической деформации. Нужно стремиться создать объемные напряженные состояния. Попытаться так изменить структуру и свойства материала, чтобы по возможности затруднить пластическую деформацию или как-нибудь изменить качество и количество искажений, создаваемых пластической деформацией, пытаясь устранить их вредное влияние. В основном дело сводится к повышению предела упругости. [c.128]

Систематические исследования показали, что прочность детали и ее поведение в условиях эксплуатации не зависят однозначно от прочности образца, определенной в лабораторных условиях, а в некоторых случаях между этими величинами нет не только количественного, но даже качественного соответствия. Это объясняется влиянием на прочность материала таких факторов, как, например, вид напряженного состояния, в котором находится деталь, масштабный фактор, концентрация напряжений и др., ие всегда учитываемых при лабораторных испытаниях. [c.708]

Расчеты на прочность сводятся к выявлению опасной точки, к анализу напряженного состояния в этой точке и основаны на предположении, что характер распределения напряжений в детали не оказывает существенного влияния на прочность материала в опасной точке. Теоретическое определение напряжений в детали основано на предположении о сплошности и неразрывности материала, т. е. оно возможно только при условии, что трещины еще не возникли. [c.636]

Изучение циклической прочности при нестационарных режимах имеет большое принципиальное и прикладное значение, так как позволяет глубже узнать природу усталости, рациональнее использовать материал и точнее определять долговечность конструкций в эксплуатационных условиях. Однако расчет усложняется. Необходим огромный экспериментальный материал для того, чтобы выяснить закономерности изменения пределов выносливости при различных спектрах нагружения. Должны быть учтены факторы концентрации напряжений, состояния поверхности и т. д., влияние которых на вид кривых усталости при нестационарных режимах может быть иным, чем при стационарном нагружении, и очень значительным (см. рис. 187). ,. - [c.309]

Критерий наибольших нормальных напряжений [первая (1) теория прочности]. Согласно этой теории, преимущественное влияние на прочность оказывает величина наибольшего нормального напряжения. Предполагается, что нарушение прочности в общем случае напряженного состояния наступает тогда, когда наибольшее нормальное напряжение достигает опасного значения а°. Последнее устанавливается при простом растяжении и.пи сжатии на образцах из данного материала. [c.183]

Основанная целиком на опытных данных, теория Мора в общем не нуждается в дополнительной экспериментальной проверке. Однако построение предельных огибающих для каждого материала может быть произведено в результате ряда сложных опытов с плоскими и объемными напряженными состояниями, что, собственно, и ограничивает ее применение. Кроме того, эта теория, как уже отмечалось, не учитывает влияния на прочность промежуточного главного напряжения Oj. [c.189]

Пренебрежение влиянием промежуточного главного напряжения на условие перехода материала в предельное напряженное состояние является общим недостатком гипотезы прочности Мора и гипотезы наибольших касательных напряжений. [c.209]

Для оценки прочности при циклически изменяющихся напряжениях необходимы экспериментальные данные о характеристиках усталости материала в форме кривых усталости, функций статистического распределения их параметров, коэффициентов, описывающих изменение этих параметров в связи с неоднородностью напряженного состояния, абсолютными размерами элементов конструкций, их технологическим упрочнением и влиянием среды. Эти данные получают испытанием на усталость лабораторных образцов, моделей и элементов П 163 [c.163]

Следует отметить, что на другие виды разрушения материалов в разной степени влияют масштабный фактор и конструкция детали. Так, при оценке коррозионной стойкости материала результаты, полученные для образца, при сохранении внешних условий могут быть, как правило, использованы для различных деталей. Однако, если испытывается усталостная или коррозионно-усталостная прочность материала, то форма и размеры образцов (которые стандартизованы) оказывают существенное влияние на процесс разрушения, поскольку не только вид нагружения, но и конструкция детали и технология ее обработки (шероховатость поверхности) определяют напряженное состояние и выносливость материала. Как известно, для усталостного разрушения разработаны методы пересчета на другой цикл нагружения, а также методы оценки концентрации напряжения и масштабного фактора. Это позволяет более широко использовать результаты испытания образцов для определения усталостной долговечности деталей различных конструктивных форм. В общем случае можно сказать, что применяемая схема испытания стойкости материала отражает уровень познания физики данного процесса. Чем глубже наши знания в раскрытии закономерностей процесса, тем больше методы испытания стойкости материалов абстрагируются от конструктивных форм изделий и отражают свойства и характеристики самих материалов. [c.487]

Рассматриваемое разрушение лопаток является смешанным. Даже на начальном этапе развития трещины по границам зерен на нее оказывает влияние вибрационная нагрузка от набегающего газового потока. Особое значение имеет тот факт, что лопатка в этом потоке подвергается скручиванию, создающему сдвиговые напряжения. Они способствуют облегченному разрушению по границам зерен и более быстрому зарождению трещин при всех механизмах разрушения по сравнению с растяжением (изгибом) при одноосном напряженном состоянии материала. Поэтому данные по испытаниям материала на длительную прочность при растяжении не в полной мере отражают реальную долговечность материала при возникновении в нем начальных межзеренных трещин. [c.627]

При изучении влияния вида напряженного состояния на сопротивление разрушению материал, как правило, представляют изотропным, однородным и сплошным, т.е. в некотором смысле идеализируют исследуемый объект. Для такой модели материала состоятельность критериев прочности оценивают прежде всего путем анализа формы предельной поверхности разрушения существует требование предельная поверхность должна быть выпуклой и плавной. [c.139]

Все источники неоднородности способствуют созданию полей внутренних напряжений в микрообъемах материала, которые при одном виде напряженного состояния могут усиливать эффект воздействия внешних нагрузок, при другом — снижается эффект влияния внешних нагрузок. Факторы такого рода могут влиять на форму поверхности разрушения. При конструировании критерия прочности вида (4.5) учитывалось реальное строение промышленных сплавов и стали. [c.139]

Как будет показано ниже, главное достоинство критерия типа (4.5) состоит в использовании параметра (4.4), отражающего влияние вида напряженного состояния на энергию активации процесса разрушения. Иными словами, изменение вида напряженного состояния адекватно изменению свойств исходного материала. В этих условиях теряет смысл оценка состоятельности критерия прочности на основании результатов анализа предельной поверхности исследуемого материала, предполагаемого однородным и сплошным [89]. [c.140]

В работе [1 1] предложен иной подход для оценки поведения композита при сложном напряженном состоянии, где для исследования задачи совместного действия осевого растяжения и сдвига использована модель разрушения в результате накопления повреждений [2]. Предполагалось, что в силу статистического распределения прочности волокон в материале происходят разрывы отдельных волокон (рис. 2.5). Каждый разрыв вызывает в прилегающем объеме матрицы местную концентрацию касательных напряжений. Основной целью рассматриваемого подхода является определение характера взаимодействия касательных напряжений от внешних нагрузок и локальных касательных напряжений и их совместного влияния на предельные напряжения материала при растяже- [c.44]

Среди многочисленных факторов, определяющих долговечность, надежность машин и механизмов, ведущее место принадлежит качеству используемых конструкционных материалов. Эксплуатационные свойства материалов определяются их прочностными характеристиками, износостойкостью, коррозионной стойкостью, характером напряженного состояния и др. На эти свойства большое влияние оказывает физико-механическое состояние поверхностного слоя, в том числе остаточные напряжения. Известно, что в поверхностных слоях деталей машин могут развиваться большие технологические остаточные напряжения, по своей величине иногда превосходящие предел прочности материала, в результате чего может образовываться сетка микротрещин. Это явление может произойти как сразу после окончательной обработки, так и через некоторый промежуток времени работы вследствие совместного действия остаточных и рабочих напряжений. [c.82]

Таким образом, принятые выше предпосылки для линейного суммирования повреждений не отражают физической сущности исследуемого процесса. По-видимому, следует ожидать большего совпадения расчетных и экспериментальных данных, если в качестве расчетных напряжений и температур принимать те, которые устанавливаются после нескольких первых циклов, когда процесс в координатах Т — о стабилизируется. Естественно, в результате процессов ползучести форма цикла будет изменяться и в дальнейшем, но в первом приближении этим можно пренебречь. Существенным моментом, влияющим на процесс накопления повреждений, как отмечалось выше, является неоднородность тепловых и напряженных состояний. Учет этого влияния в расчетах еще более усложняет задачу прогнозирования долговечности материала на основе данных о характеристиках длительной прочности и усталости материала. В связи с этим нам представляется, что испытания трехгранных образцов в условиях, моделирующих реальные, на созданной нами установке дают более достоверную и полную информацию о работоспособности материала. [c.344]

В монографии представлены результаты исследования механического поведения конструкционных материалов под действием импульсных нагрузок ударного и взрывного характера. Рассмотрена связь процессов нагружения и деформирования материала при одноосном напряженном состоянии. Описаны оригинальные методики и средства квазистатических испытаний на растяжение со скоростями до 950 м/с. Приведены результаты испытаний ряда металлических материалов и реологическая модель их механического поведения учитывающая влияние на сопротивление скорости деформации. Исследовано упруго-пластическое деформирование и разрушение материала в плоских волнах нагрузки. Описаны новые методики и изложены результаты экспериментальных исследований зависимости характеристик ударной сжимаемости н сопротивления пластическому сдвигу за фронтом плоской волны от ее интенсивности, связи силовых и временных характеристик откольной прочности. [c.2]

Физическое состояние поверхностного слоя деталей и его напряженность, обусловленные механической обработкой, оказывают существенное влияние на эксплуатационные свойства и прежде всего на их усталостную прочность. Остаточные напряжения и деформационное упрочнение поверхностного слоя в условиях циклического нагружения и рабочих температур могут положительно и отрицательно влиять на сопротивление материала усталости. В связи с этим представляет большой научный и практический интерес изучение устойчивости поверхностного наклепа и остаточных макронапряжений после механической обработки в зависимости от температуры и продолжительности нагрева. [c.131]

Труднее объяснить часто наблюдаемые переходы между поведением I и II типов, вызванные изменениями температуры п приложенных напряжений. Наиболее вероятно, что такие переходы обусловлены многочисленными переменными параметрами, связанными с типом и морфологией оксида, механизмом ползучести и составом сплава. Например, можно ожидать, что толстые окалины, образующиеся при высоких температурах на стойких к окислению сплавах, особенно с высоким содержанием хрома или алюминия, будут повышать сопротивление ползучести на воздухе. Высказывались предположения, что изменение типа поведения с температурой отражает переход от высокотемпературного упрочнения, связанного с окалиной, к отрицательному воздействию адсорбции газов (особенно в вершинах трещин) при более низких температурах [23—27]. В то же время изменения температуры могут оказывать и косвенное влияние, изменяя преобладающий тип ползучести [1—6]. Это может быть причиной и переходов, вызванных изменением уровня проложенных напряжений [1-6]. Действительно, в состоянии очень высокого напряжения может отсутствовать стадия установившейся ползучести и тогда по существу мы наблюдаем влияние среды на режим ускоренной ползучести или на разрушение материала. В связи с этим следует заметить, что, к сожалению, большинство исследований коррозионной ползучести, а также и большинство технических испытаний на ползучесть [1-6] не сопровождаются непрерывной регистрацией деформации при определении времени до разрушения (длительной прочности). [c.41]

Оценка несущей способности силового фрикционного контакта в машинах производится на основе анализа напряженного и деформированного состояния при помощи методов теории упругости. Систематическое исследование деформации контактирующих упругих тел и напряженного состояния поверхностных и приповерхностных слоев материалов началось с работ Г. Герца. К настоящему времени обстоятельно изучено влияние касательных сил на напряженное и деформированное состояние контакта при различной его геометрии [1, 5, 7, 25, 26, 28, 39]. Касательная нагрузка, силы трения значительно влияют на напряженное состояние в зоне контакта и на характер разрушения материала — глубинное или поверхностное. При малых касательных нагрузках прочность материала определяется глубинными напряжениями, при больших - поверхностными. С ростом касательной нагрузки наиболее напряженная точка перемещается ближе к поверхности. При перекатьгаании тел касательная нагрузка оказывает влияние как на величину, так и на амплитуду изменения компонентов напряжения в поверхностной зоне контакта. Силы трения увеличивают напряжение сдвига в тонком поверхностном слое на отстающих поверхностях и уменьшают их на опережающих, чем и объясняется большая прочность опережающих поверхностей [25, 26]. [c.157]

Недостатком теории наибольших касательных напряжений, бросающимся сразу в глаза, является то обстоятельство, что она совершенно не учитывает влияния на работу материала среднего по величине главного напряжения. Выходит, что при постоянных наибольшем ffi и наименьшем сгз главных напряжениях мы можем, не изменяя условий работы материала, как угодно менять величину среднего напряжения лишь бы оно было меньше Oi и больше Стз. Это обстоятельство представляется сомнительным, и опыты подтверждают, что величина напряжения все же оказывает влияние на прочность материала. Недооценивается этой теорией и опасность наруитения прочности элементов, испытывающих примерно равные растягивающие напряжения в трех главных направлениях. К этому нужно добавить, что в соответствии с этой теорией напряженные состояния в элементарных объемах, выделенных у наклонных плош,адок (см. рис. 54, а и б), должны быть равноопасны, если касательные напряжения на этих площадках равны друг другу. С увеличением текучесть и разрушение материала в этих элементах объема должны начинаться одновременно. Опыты показывают, что для материалов, у которых сопротивление сжатию выше сопротивления растяжению, напряженное состояние в случае а, когда на площадке, где возникает касательное напряжение, имеется растягивающее нормальное напряжение, будет более опасным, чем в случае б, когда на площадке с т нормальное напряжение оказывается сжимающим. Элемент. материала при росте напряжения То начнет течь или разрушаться в случае а раньше, чем в случае б. Таким образом, на прочность материала влияет не только касательное наиряженне, но и действующее по той же площадке нормальное напряжение. Это обстоятельство учитывается рассматриваемой ниже теорией Мора (1900 г.). [c.137]

При участии автора книги в СССР были разработаны РД 50.344— 82 "Методические указания. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) при циклическом нагружении", являющиеся первым межотраслевым нормативно-методическим документом по испытаниям металлов на трещиностойкость. Определяемые в соответствии с этими методическими указаниями характе 1стики могут быть использованы (наряду с другими характеристиками механических свойств) для суждения о сопротивлении материала развитию трещины и определения влияния на него различных металлургических, технологических и эксплуатационных факторов сопоставления материалов при обосновании их выбора для машин и конструкций контроля качества материалов оценки долговечности элементов конструкций на основании данных об их дефектности и напряженном состоянии установления Критерия неразрушающего контроля и анализа причин разрушения конструкций. [c.49]

Было отмечено, что коррозионное рггстрескиванне, связанное с водородной хрупкостью, имеет другой механизм. Существует гипотеза, согласно которой адсорбированный на поверхности изделия водород диффундирует вглубь. Далее нод влиянием напряжений водород концентрируется в вершине движущейся трещины, а также в пустотах, имеющихся в металле, которыми могут быть промежутки между немета.члическими включениями и матрицей, скопления дислокаций, стыки зерен и другие локальные объемы, где существует трехосное напряженное состояние. В местах скопления водорода происходит его трансформация из атомарного в молекулярный, что связано с увеличением объема газа. При этом возможно образозанне внутренних трещин, сильно снижающих пластичность и конструктивную прочность материала. [c.22]

При работе зубчатой передачи между зубьями сопряженных зубчатых колес возникает сила давления f рис. 12.15), направленная по линии зацепления. Кроме того, от скольжения зубьев между ними образуется сила трения = где / — коэффициент трения. Сила невелика по сравнению с силой Р, поэтому при выводе расчетных формул ее не учитывают, т. е. принимают, что сила взаимодействия между ЗЫБЯМИ направлена по нормали к их профилям. Под действием силы F и F зубья находятся в сложном напряженном состоянии. На их работоспособность оказывают влияние напряжения изгиба в поперечных сечениях зубьев и контактные напряжения Стд в поверхностных слоях зубьев. Оба эти напряжения, переменные во времени, и могут бьггь причиной усталостного разрушения зубьев или их рабочих поверхностей. Напряжения изгиба Tf вызывают поломку зубьев, а контактные напряжения Он — усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев. Поломка зубьев — опасный вид разрушения, так как при этом может выйти из строя не только зубчатая передача, но и валы и подшипники из-за попадания в них отколовшихся кусков зубьев. Поломка зубьев возникает в результате больших нагрузок, в особенности ударного действия, и многократных повторных нагрузок, вызывающих усталость материала зубьев. Во избежание поломки зубьев их рассчитывают на изгиб. Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев — распространенный и опасный вид разрушения большинства закрытых и хорошо смазываемых зубчатых передач. Выкрашивание заключается в том, что при больших контактных напряжениях на рабочей поверхности зубьев обычно на ножках, вблизи полюсной линии) появляются усталостные трещины. Это приводит к выкрашиванию мелких частиц материала зубьев и образованию небольших осповидных углублений, которые затем под влиянием давления масла, вдавливаемого с большой силой сопряженным зубом в образовавшиеся углубления и трещины, растут и превращаются в раковины. Для предотвращения выкрашивания зубьев их рассчитывают на контактную прочность. [c.181]

В заключение люжно сказать, что вопрос масштабного эффекта применительно к прочности деталей п конструкций в условиях хрупкого разрушения является многосторонним. Здесь необходимо рассматривать отдельно условия образования трещины хрупкого разрушения малой протяженности и условия внезапного хрупкого разрушения детали в целом. В первом случае при уменьшенном масштабе образца оказывают существенное влияние увеличенная неравномерность распределения деформаций, напряженное состояние в детали и свойства поверхностного слоя металла. Во втором случае важную роль играет запас потенциальной энергии деформации, накопленной в детали и ухудшение характеристик материала в сечениях больших размеров, по которым происходит разрушение. С учетом этого нельзя рассчитывать на возможность охарактеризовать масштабный эффект какой-либо постоянной материала без учета формы детали и распределения напряжений в ее объеме или каким-либо коэффициентом, полученным для данной формы детали в предположении совершенно упругого материала без учета его структуры и текстуры. В зависимости от форлп детали и условий ее изготовления и эксплуатации может преобладать тот или иной из факторов, с которыми связано наличие масштабного эффекта. Конструктор может правильно использовать результаты испытаний стандартных образцов малых размеров при проектировании и расчетах деталей и конструкций больших размеров только на основании рассмотренных выше зависимостей. [c.374]

То же наблюдается и в случае высокопрочного чугуна марки ВЧ 50-1,5 при испытании на усталостную прочность при кручении. Это является следствием того, что нанесением надреза на образец ограничивается объем металла, подвергающийся действию максимальных напряжений, т. е. задается место излома образца. Для литого материала конструктивное ограничение места излома имеет существенное значение, так как ограничивает влияние на предел выносливости возможных литейных микродефектов в рабочем объеме образца,. Сложное напряженное состояние в надрезе также может являться причиной указанного повышбккя сопротивления разрушению [c.144]

Объяснение различного влияния концентрации напряжений на длительную прочность в зависимости от материала образцов можно дать на основе анализа напряженного состояния в окрестности концентратора в условиях ползучести [2]. На рис. 11.26 изображен примерный вид эпюр осевых о , окружных 0( и радиальных напряжений в наименьшем поперечном сечении образца. Напряженное состояние точек в окрестности концентратора — трехосное растяжение. У материалов с низкими пластическими свойствами (например, сталь ЭИ415) эпюры осевых и окружных напряжений имеют резкий подъем от средней части к периферии. Пики напряжений с течением времени сохраняются, что приводит к снижению прочности надрезанных образцов по сравнению с гладкими.- У материалов с более высоким уровнем пластических свойств пики напряжений меньше и с течением времени они. уменьшаются. Трехосное растяжение в окрестности надреза затрудняет развитие деформаций ползучести и поэтому длительная прочность образцов с концентратором может быть выше, чем гладких. [c.261]

Все сказанное свидетельствует о том, что решение вопросов надежности требует знаний в самых различных областях материаловедения, прочности, конструирования, технологии изготовления и сборки, расчетов тепловых полей. Автор поставил перед со й задачу рассмотреть на базе имеющихся в технической литературе сведений и результатов собственных исследований основные аспекты проблемы выбора материалов и прочности деталей ГТУ. Идея книги заключается не в освещении двух тем материалы и прочность деталей , а в рассмотрении вопросов, находящихся на стыке этих тем. Книга не предполагает конкурировать ни с руководствами для конструкторов, в которых подробно излагаются различные методы расчета напряженного состояния, ни с книгами по теориям жаропрочности и легирования жаропрочных сплавов, а также со справочниками по свойствам жаропрочных материалов. Тем не менее в ней делается попытка показать, что традиционный метод выбора материалов деталей по характеристикам длительной прочности, приводимых в справочниках, не позволяет адекватно оценивать их ресурс как по причине отличий реального напряженно-деформированного состояния деталей от истинного, так и по причине зависимости характеристик материала от режима термической обработки (поэтому индивидуальные характеристики заготовки могут отличаться от спршочных), от использованного метода статистической обработки и экстраполяции результатов испытаний, от методики оценки влияния программы нагружения, вида напряженного состояния, от температурных условий эксплуатации и наконец, что весьма существенно, от коррозионной среды. [c.6]

В книге излагаются основные заиономерности механики замедленного циклического и быстропротекающего хрупкого разрушения материалов в зависимости от условий нагружения, вида напряженного состояния, механических свойств и структуры материала, рассматриваются соответствующие модели процессов деформирования я возникновения разрушения в вероятностной трактовке, а также кинетика развития трещин. Влияние нестационарной атружеяности на разрушение анализируется иа основе гипотез о накоплении повреждения. Предложен расчет а прочность по критерию сопротивления усталостному и хрупкому разрушению в связи с условиями подобия и учетом температурно-временных факторов, дается оценка вероятности. разрушекия. [c.2]

Величина и знак остаточных напряжений после механической обработки зависят от обрабатываемого материала, его структуры, геометрии и состояния режущего инструмента, от эффективности охлаждения, вида и режима обработки. Величина остаточных напряжении может быть значительной (до 1000 МПа и выше) и оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики деталей машин, их износостойкость и прочность. Выбором метода и режима механической обработки можно получить поверхностный слой с заданной величиной и знаком остаточных напряжений. Так, при точении закаленной стали 35ХГСА резцом с отрицательным передним углом 45° при скорости резания 30 м/мин, глубине резания 0,2-0,3 мм было получено повышение предела выносливости образцов на 40-50% и обнаружены остаточные сжимающие напряжения первого рода, доходящие до 600 МПа [25]. При шлифовании закаленной стали в поверхностном слое были обнаружены остаточные сжимающие напряжения до 600 МПа [26]. В некоторых случаях напряжения первого рода создаются намеренно в целях упрочнения. Например, для повышения усталостной прочности. Такой эффект получают наложением на поверхностный слой больших сжимаюп их напряжений путем обкатки поверхности закаленным роликом или обдувкой струей стальной дроби. Такой прием позволяет создать остаточные напряжения сжатия до 900-1000 МПа на глубине около 0,5 мм [25]. [c.42]

Условие пластичности Мизеса (см. раздел 1,Б) основано на предположении, что гидростатические напряжения не влияют на переход материала в пластическое состояние. В связи с этим при формулировке критерия энергии формоизменения энергия, связанная с изменением объема (для изотропных материалов) исключается из общей энергии деформации. Все используемые критерии разрушения не учитывают влияния гидростатических напряжений на прочность материала. Влияние объемных деформаций в анизотропных материалах исследовано в работе Ву и Джерина [19]. На основании экспериментов по кручению трубок ими сделан вывод о незначительном влиянии объемных деформаций. [c.103]

Более точные методы анализа, такие как новый трехмерный вариант метода конечных элементов, необходимы для анализа сдвиговых эффектов внутри и на границе взаимодействия слоев композиционного материала. Эти методы также полезны при определении истинного напряженно-деформированного состояния образцов, используемых при прочностных испытаниях композиционных материалов, особенно в окрестности опор и захватов, как показано в работе Риззо и Викарио [14]. Пагано и Пайпес [11] установили, что порядок чередования слоев оказывает определенное влияние на прочность композиционного материала. Необходимо продолжить исследования, направленные на более полное описание этого явления. [c.105]

Тензоры Fi и Fij являются тензорами прочности слоя второго и четвертого порядков. Линейные члены напряжений учитывают возможное различие в прочностях на растяжение и сжатие. Сдвиговая прочность материала в главных направлениях не зависит от знака касательных напряжений. Квад- ратичные члены напряжений аналогичны соответствующим членам в критерии Хилла (разд. 4.4.3) и описывают эллипсоид в пространстве напряжений. Члены Fij (i /)—недиагональные члены тензора прочности — описывают совместное влияние различных компонент напряжения на поверхность прочности. Для плоского напряженного состояния критерий имеет вид [c.154]

В квадратичных критериях прочности, подобных критерию Хилла, смешанная компонента определяется через другие компоненты и не является независимой. В теориях типа теории наибольших нормальных напряжений (деформаций) принципиально не может быть взаимного влияния напряжений, так как критерий прочности задается в виде системы независимых неравенств, выполнение любого из которых означает достижение предельного состояния. Как и в модифицированном критерии Хилла, в критерии Цая — By используются предельные напряжения материала слоя при растяжении и сжатии. При построении предельных поверхностей на основании критерия Цая — By используется теория слоистых сред (предполагается, что материал слоя линейно упругий). Метод ограничивается оценкой возможности разрушения композита для заданного напряженного состояния, при этом не делается никаких предположений относительно причин разрушения (т. е. не анализируются компоненты тензора напряжения слоя, соответствуюшего достигнутому предельному состоянию). [c.155]

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]

Поскольку механический фактор при усталости вызывает развитие повреждений по плоскостям сдвигов, т. е. внутри зереи, и в этом направлении коррозионный фактор усиливает развитие разрыхления, то естественно в этих случаях зарождение и развитие трещины усталости будет внутризеренным. При превалирующем влиянии коррозионного фактора на границах зерен наблюдается больше разрыхлений, т. е. большее снижение прочности, чем при совместном действии обоих факторов внутри зерна. Поэтому при относительно высоком уровне переменных напряжений следует ожидать преимущественно внутризеренное разрушение, при низком — межзеренное. Однако это общее правило в ряде случаев не соблюдается из-за особого характера коррозионной среды и склонности материала к тому или другому виду разрушения. В перестаренном состоянии сплава системы А1—Zn—Mg наблюдались приграничные зоны, свободные от выделений, по которым облегчалось скольжение, что привело к распространению трещины по границам зерен, ориентированным вдоль направления действия максимальных касательных напряжений [144]. При последовательном изменении среды в процессе испытания в ряде случаев менялась скорость развития трещин [76]. Особенно скорость разрушения увеличивалась при введении коррозионной среды в тех материалах и для тех состояний материала, которые склонны к коррозионному растрескиванию, например в высотном направлении в сплаве В93, когда скорость разрушения в 3%-ном растворе Na l была в 3— 4 раза больше, чем на воздухе. Такого явления не наблюдалось, например, для титанового сплава ВТ22. [c.130]

Существенные затруднения, возникающие при исследованиях с высокими скоростями деформации и обусловленные необходимостью сохранения равномерного деформирования по длине рабочей части образца и одноосности его напряженного состояния как основных условий получения достоверной информации в квазистатических испытаниях, являются основной причиной недостаточного объема имеющихся экспериментальных данных о высокоскоростном деформировании материалов. Ограничения длины и диаметра образца, необходимые для обеспечения равномерности его деформирования, определяются условиями (2.8) и (2.9). Невыполнение этих условий при высоких скоростях деформирования снижает достоверность экспериментальных результатов и может привести к количественному и качественному искажению зависимости характеристик прочности и пластичности от скорости деформации. Несоблюдение ограничений иа предельные размеры рабочей части образца (из конструктивных соображений) ограничивает результаты высокоскоростных испытаний получением только качественной информации о влиянии скорости деформирования на механические характеристики материала, тем более что нагрузка регистрируется по деформации динамометра в упругой волне с искажением, вызванным дисперсией волны при ее распространении. [c.116]

Советские исследователи-прочностники показали, что закономерности усталостных разрушений металлов лежат в основе расчета деталей машин под действием переменных напряжений, а также обоснования конструктивных и технологических способов увеличения их прочности. В связи с этим важную роль играют прежде всего концентрация напряжений и абсолютные размеры, как факторы прочности деталей. Анализ значительного экспериментального материала показал существование, с одной стороны, влияния абсолютных размеров на сопротивление усталости как проявление структурной неоднородности материала и влияние дефектов его строения и, с другой, эффект неоднородности напряженного состояния (Г. В, Ужик и др.). На утомляемость деталей наряду с концентрацией напряжени и абсолютных размеров оказывают большое значение качество поверхности, свойство поверхностного слоя и влияние среды (сопротивление усталостному разрушению в коррозионных средах, кавитационные разрушения). [c.43]

Появление знакопеременных напряжений в зоне концентрации сопровождается возникновением циклических деформаций (рис. 1.7, в), превышающих деформации в мембранной зоне (см. рис. 1.7, а и б). Поскольку для зон концентрации напряженний характерны значительные градиенты напряжений и деформаций, а объем упругопластической зоны сравнительно мал, накопление деформаций статической и циклической ползучести ограничено влиянием прилегающих объемов материала модельного элемента, находящихся в упругом состоянии. В этих условиях в зоне концентрации достижение предельного состояния по критериям прочности определяется долей усталостного повреждения, близкой к единице доля квазистатического повреждения вследствие незначительных перераспределения и накопления деформаций, появляющихся только в начальных циклах деформирования, пренебрежимо мала (см. рис. 1.7, в). В этом случае усталостная трещина образуется в переходной от фланца к оболочке зоне, в которой возникают максимальные циклические деформации, обусловленные эффектом концентрации. При этом отсутствуют односторонне накопленные деформации, и трещина распространяется в кольцевом направлении. [c.11]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...