Тепловые (термические) деформации и напряжения

Тепловые (термические) деформации и напряжения [c.122]

К основным физическим процессам при сварке плавлением относятся электрические, тепловые, механические процессы в источниках нагрева плавление основного и электродного (присадочного) металла, их перемешивание, формирование и кристаллизация сварочной ванны ввод и распространение тепла в свариваемом соединении, приводящее к изменению структуры металла в шве и зоне термического влияния и образованию собственных сварочных деформаций и напряжений. [c.19]

Уменьшить сварочные деформации и напряжения можно путем рационального конструирования сварных узлов применения современной технологии сборки и сварки уравновешивания деформаций (вследствие периодической смены места сварки или направления укладки шва) использования метода обратных деформаций выполнения сборки и сварки узлов (изделий) в кондукторах проковки металла швов и околошовной зоны механической или тепловой правки изделий после сварки отжига и термической обработки изделий после сварки. [c.93]

К недостаткам газовой сварки можно отнести малую тепловую мощность источника нагрева, обусловливающую сравнительно низкую производительность (особенно при сварке металла большой толщины), большую ширину зоны термического влияния и в связи с этим значительные деформации и напряжения, возникающие в процессе сварки. Правильная оценка преимуществ и [c.3]

Деформации и напряжения, возникающие от неравномерного нагревания и охлаждения изделия, называются тепловыми или термическими. Как известно, при нагревании все металлы расширяются, а при охлаждении—сжимаются. Незакрепленный кусок металла, будучи нагрет и затем охлажден до первоначальной температуры, примет те же размеры, которые он имел до нагревания. [c.122]

Изменение под облучением механических свойств материалов в быстрых реакторах-размножителях является проблемой еще более серьезной, чем в случае тепловых реакторов. Поведение активной зоны реактора контролируется радиационным и термическим крипом и деформацией, обусловленной распуханием. Важно, чтобы эти деформационные механизмы были поняты в их зависимости от температуры, плотности потока, флюенса, напряжения и других [c.9]

Причинами возникновения сварочных напряжений являются неравномерность распределения температуры при сварке и жесткость свариваемых элементов, препятствующая свободному развитию тепловых деформаций и вызывающая возникновение пластических деформаций. При сварке закаливающихся сталей на развитие сварочных напряжений влияют также структурные превращения в шве и зоне термического влияния, сопровождающиеся изменением объема. В сварных соединениях разнородных сталей проведение термической обработки приводит к появлению нового вида термических внутренних напряжений, обусловленных разностью коэффициентов линейного расширения свариваемых деталей (п. 5 главы II). [c.59]

Количественные испытания проводят для определения числа циклов до разрушения или термоциклической долговечности материала при упрощенной, но достаточно точно фиксированной системе действующих на образец тепловых нагрузок, при которой возможен анализ напряженного и деформированного состояний. При этом циклические термические напряжения и деформации определяют или непосредственным измерением, или аналитически. В результате испытания получают зависимость числа теплосмен до разрушения от параметров термодеформационного цикла, по которой можно дать общую количественную оценку долговечности различных материалов при термической усталости и установить основные закономерности процесса термоциклического деформирования и разрушения. [c.26]

Внутренние остаточные напряжения возникают в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла вследствие неоднородного расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев. Эти напряжения называют тепловыми, или термическими. Кроме того, напряжения появляются в процессе кристаллизации, при неоднородной деформации, при термической обработке вследствие неоднородного протекания фазовых превращений по объему. Их называют фазовыми, или структурными. [c.69]

Для элементов конструкций, работающих при экстремальных тепловых и механических нагрузках, зоны наибольших напряжений температуры деформаций приходятся, как правило, на области концентрации напряжений [5, 44]. Упругопластические деформации в зонах концентрации при термоциклическом нагружении вызывают перераспределение напряжений и деформации, зависящее от взаимодействия полей механических и термических деформаций номинальной нагруженности, теоретического коэффициента концен- [c.32]

Основными причинами повреждения барабанов котлов являются высокие номинальные и местные (а = 2-3,5) циклические напряжения от запусков и остановов котлов накопление циклических повреждений от термических напряжений, связанных с пульсациями тепловых потоков и регулированием мощности повышенные остаточные напряжения в зонах приварки труб наличие исходных дефектов как в основном металле, так и в сварных соединениях накопление повреждений от коррозии и деформационного старения. Хрупкое разрушение барабанов паровых котлов может происходить в процессе гидро-испытаний при напряжениях Ниже предела текучести после заварки обнаруженных трещин. Для анализа прочности барабанов котлов в эксплуатации были осуществлены обширные исследования напряжений, деформаций и температур в программных и аварийных режимах, которые выявили условия образования местных упругопластических деформаций, превышающих предельные упругие в 1,5-2 раза. При испытаниях лабораторных образцов, вырезанных из серединных слоев поврежденных барабанов котлов было обнаружено незначительное (до 10%) уменьшение характеристик механических свойств предела текучести, предела прочности и относительного сужения. Было установлено, что наличие окисных пленок существенно (до 40%) снижает сопротивление циклическому разрушению. [c.74]

Поверхностные слои инструментов горячей деформации в каждом цикле нагрев — охлаждение изменяют свой объем. При нагреве поверхностные слои должны были бы расшириться, но более холодные внутренние слои препятствуют этому, вследствие чего вначале внешние слои упруго сжимаются (рис. 30). Если температурный градиент от поверхности внутрь детали достаточно велик, то при данном коэффициенте теплового расширения напряжение сжатия при доминирующей температуре достигнет действительного предела текучести (предела ползучести) и в поверхностном слое произойдет пластическая деформация (сжатие). При быстром охлаждении этот же слой должен был бы постепенно сжиматься, но из-за предшествовавшей пластической деформации и из-за сопротивления теперь уже более нагревшихся внутренних слоев протекание этого процесса затруднено или он вообще не происходит и, таким образом, поверхностный слой сначала упруго, а затем пластично растягивается. При восстановлении первоначальной температуры размер поверхностного слоя совпадает с его первоначальным размером, но в нем остается растягивающее напряжение, величина которого соответствует пределу текучести стали. Поэтому в новом цикле нагрев — охлаждение возникает дополнительная остаточная деформация (см. рис. 30). Если можно было бы повышение температуры поверхности ограничить так, что возникла только упругая деформация, то диаграмма напряжение—деформация стала бы обратимой и термическая усталость не наступила. [c.47]

Неметаллические включения (окислы), располагающиеся в поверхностных слоях инструмента, также повышают его склонности к термической усталости. Коэффициент теплового расширения некоторых оксидных включений намного больше, чем у матрицы далее, из-за воздействия включений различной формы во время нагрева и охлаждения возникают новые поля напряжения и местные остаточные деформации последние ведут к образованию трещин. Чем больше разница между коэффициентами теплового расширения матрицы и включения, тем выше возникающие напряжения. В табл.8 приведены коэффициенты теплового расширения некоторых типов включений и фаз, модули упругости и коэффициенты формы (влияние надреза). [c.48]

Если заказанная скорость деформации выше, то выше становится и частота V, с которой дислокация должна совершать успешные прыжки через барьер. Следовательно, при заданной температуре доля полной энергии, источником которой является тепловое возбуждение, должна стать меньше,, что достигается только ценой увеличения эффективного напряжения (а значит, и приложенного напряжения) (рис. 3.8). Термически активируемый процесс чувствителен к изменению скорости деформации, и ее увеличение приводит к такому же эффекту, как уменьшение температуры. [c.104]

Общим для всех методов остается возбуждение в образце тепловых перемещений (тепловых изменений размеров и объема его нагревом или охлаждением) и затем создание препятствий (стеснение) для реализации этих перемещений. Разность между свободными и стесненными перемещения и составляет нереализованное—потерянное перемещение, обычно называемо--тепловой или термической деформацией, которой отвечают температурные или термические напряжения (расчет их ведется в пределах упругости). [c.143]

При исследовании прочности и разрушения металлов и полимеров, исключительно важными являются вопросы термопрочности, заключающиеся в изучении прочности материалов и конструкционных элементов под действием различного рода силовых и тепловых нагрузок в широких диапазонах изменения температуры. Особенно большую актуальность эти вопросы приобретают в связи с развитием таких отраслей современного машиностроения, как реактор острое ние, двигателестроение, ракетная техника, и многих других. Наметившаяся тенденция повышения рабочих температур различных агрегатов и установок требует не только точного определения распределения и интенсивности температурных напряжений и деформаций, но и исследования их влияния на кратковременную и длительную прочность, термическую усталость, термическое выпучивание и другие явления. [c.414]

Образование внутренних напряжений связано с неоднородным распределением деформаций по объему тела. Внутренние напряжения возникают в результате неравномерного распределения температур по объему металла. Например, при быстром нагреве и охлаждении металла происходит неоднородное расширение (сжатие) внешних и внутренних слоев металла. Такие напряжения называются тепловыми. Кроме того, внутренние напряжения могут возникать вследствие фазовых превращений при термической обработке. Эти напряжения называются фазовыми. [c.19]

Трубопроводы, транспортирующие перегретую воду (пар и газы высокой температуры), испытывают термические напряжения. Для предотвращения деформации и разрывов вследствие термических напряжений при колебаниях температуры протяженные трубопроводы для пара и перегретой воды снабжают компенсаторами, воспринимающими тепловые удлинения. [c.97]

Первая группа. Отжиг первого рода (низкотемпературный) — распространенный вид термической обработки, заключается в нагреве, выдержке и медленном охлаждении металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки. Отжиг приводит металл в более устойчивое состояние. Такому отжигу подвергают, например, литые детали для снятия напряжений, возникших в них в результате неравномерного охлаждения, или детали, подвергавшиеся холодной пластической деформации и имеющие наклеп — искажение кристаллической решетки. Нагрев (увеличение тепловой подвижности атомов) приводит к более устойчивому состоянию металла — к уменьшению или даже снятию искажений кристаллической решетки. [c.156]

Напряжения и деформации, возникающие от неравномерного нагревания и охлаждения конструкции, называются тепловыми (термическими). Тепловые напрял ения могут вызвать изменение геометрических размеров, коробление н деформацию конструкции, могут привести к образованию трещин в металле конструкций. На величину тепловых напряжений и деформаций металла существенное влияние оказывает отсутствие или наличие закреплений и связей. [c.85]

Большая теплопроводность меди обусловливает большую зону термического влияния, что в сочетании с высоким термическим коэффициентом линейного расширения меди, который в 1,5 раза больше коэффициента линейного расширения для стали, приводит к получению сравнительно больших тепловых деформаций и при последующем охлаждении сварных швов — к созданию значительных остаточных напряжений. Наличие последних, а также снижение пластических свойств меди при высоких температурах может привести к разрушению сварных соединений в процессе их охлаждения. [c.43]

Статически определимые фермы с шарнирными соединениями стержней могут применяться для конструкций летательных аппаратов, подверженных значительному и неравномерному аэродинамическому нагреву (ракеты, ракетопланы). В этом случае ничто не препятствует независимой термической деформации отдельных стержней, благодаря чему исключается возможность возникновения термических напряжений в соединениях. В то же время в в балке с плоской стенкой при неодинаковом нагреве пояса и стенки (или при разных коэс ициентах теплового расширения материалов пояса и стенки) неизбежно возникновение термических напряжений. [c.51]

Внутренние остаточные напряжения получаются в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла вследствие неоднородного расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев. Эти напряжения называют тепловыми или термическими. Кроме того, напряжения появляются в процессе кристаллизации, при неоднородной деформации, при тер- [c.38]

Натурные испытания. Простейшим методом проверки деталей на проч-, пость и жесткость является их испытание на стенде в условиях, наиболее приближающихся к рабочим. Деформации измеряют индикаторами или тензометрами. Хорошо поддаются стендовым испытаниям многооборотные роторы, например рабочие диски центробежных или осевых компрессоров, нагруженные главным образом центробежными силами. Частоту вращения испытываемой детали постепенно увеличивают до частоты, превышающей на 20 — 40% рабочую частоту, что соответствует возрастанию напряжений на 40—100% по сравнению с расчетными. Такие испытания воспроизводят действительные условия нагружения (кроме термических напряжений, возникающих в роторах тепловых машин). [c.159]

При стационарном тепловом процессе, рассматриваемом ниже, предполагают, что полная деформация тела является суммой упругой деформации, связанной с напряжениями обычными соотношениями, и чисто теплового расширения, соответствующего известному из классической теории теплопроводности температурному полю. В теории термоупругости обычно накладывается ограничение на величину термического возмущения приращение температуры предполагается малым по сравнению с начальной абсолютной температурой. Снятие этого ограничения не нарушает предположения о малости деформаций (перемещений), но [c.90]

Стыковые соединения элементов плоских и пространственных заготовок наиболее распространены. Соединения имеют высокую прочность при статических и динамических нагрузках. Их выполняют практически всеми видами термической и многими видами термомеханической сварки. Некоторая сложность применения сварки с повышенной тепловой мощностью (автоматической под флюсом, пла ,менной струей) связана с формированием корня шва. В этом случае для устранения сквоз юго прожога при конструировании соединений необходимо предусматривать съемные и остающиеся подкладки. Другой путь — применение двусторонней сварки, однако при этом необходимы кантовка заготовки и свободны подход К корневой части сварного соединения. При сварке элементов различных толщин кромку более толстого элемента выполняют со скосом для уравнива1П1Я толщин, что обеспечивает одинаковый нагрев кромок н исключает прожоги в более тонком элементе. Кроме того, такая форма соед шения работоспособнее вследствие равномерного распределения деформаций и напряжений. [c.247]

Необходим самый тщательный анализ напряженного состояния уплотняющих и примыкающих к ним элементов конструкции, их термических деформаций и режимов работы уплотнения в целях сохранения уплотняющих поверхностей плоскими и параллельными. При этом надо иметь в виду, что значительные удельные нагрузки в зоне трения при малых протечках через уплотняющий стык приводят к больщой тепловой напряженности элементов уплотнения. [c.82]

Благоприятно действует на снижение деформаций и напряжений введение в сварочную ванну дополнительно холодной присадки . Сущность этогоспособазаключается в том, что после достижения ванной достаточного теплового баланса, создаваемого при расплавлении электродной проволоки на высоких режимах сварки, в ванну вводится дополнительно электродная проволока, которая при расплавлении забирает на себя часть излишнего тепла и тем самым уменьшает зону термического влияния сварного соединения. Такой способ применяется при полуавтоматической электрошлаковой сварке арматуры в медных формах, при полуавтоматической сварке в среде углекислого газа. К этому способу можно отнести также электрошлаковую сварку плавящимся мундштуком. Сварка при низких температурах ведется с подогревом металла до 100—250° С. [c.170]

Приведенные примеры расчета сопловых лопаток турбин (эти детали наиболее подвержены воздействию термощикличес-ких нагрузок) свидетельствуют о следующем. При значениях температуры цикла тах, которые существенно увеличивают пластичность материала (1050—1100°С), влияние амплитуды деформации на долговечность уменьшается — запас пластичности материала достаточно велик. При тах=Ю00°С, когда пластичность сплава ЖС6К резко уменьщается, роль термических напряжений существенно возрастает, что приводит к уменьшению долговечности. В лопатке всегда имеются зоны, нагретые до различных температур следовательно, сопротивление термической усталости различное в разных точках, и не всегда трещины термоусталости возникают в наиболее нагретых зонах. Часто они появляются в переходных областях (от горячих зон к холодным), что может быть связано с местным уменьщением деформационной опособности материала. В связи с этим расчет теплового и напряженного состояний лопаток для дальнейщей оценки их сопротивления термоусталости следует выполнять не для одного опасного сечения, а для нескольких сечений по высоте лопатки. [c.180]

Тепловые сети современных промышленных предприятий и городов представляют собой сложные инженерные сооружения, имеющие разветвленную цепь надземных и подземных трубопроводов в основном канальной прокладки. Они являются составной частью системы централизованного или местного теплоснабжения и предназначены для транспорта тепловой энергии от источников тепла к потребителям. В качестве теплоносителя в тепловых сетях используется вода или водяной пар. В РФ для централизованного теплоснабжения (особенно для коммунально-бытового) температура теплоносителя в большинстве случаев превышает 100° С (до 150° С), что в основном и определяет особенности конструкции теплопроводов. В отличие от других ( холодных ) протяженных и сложноразветвленных подземных металлических сооружений теплопроводы в процессе эксплуатации имеют значительные осевые (линейные) перемеш,ения вследствие термического удлинения стали. Температурные колебания в большом диапазоне вызывают знакопеременную и повторно-статическую деформацию металла, что, безусловно, способствует снижению коррозионномеханической прочности и долговечности трубопроводов, в первую очередь за счет уменьшения срока службы изоляционных покрытий и проявления механо-химической коррозии и требует применения специальных конструкций для компенсации тепловых перемеш,ений и снятия механических напряжений в металле трубы. [c.88]

Связующее и металлы типа алюминия являются горючей основой топлива. Наличие металлических присадок в ТРТ обусловливает повышение теплопроизводительности топлива по двум причинам вследствие высоких тепловых эффектов экзотермической реакции окисления металла, а также благодаря увеличению содержания водорода в продуктах сгорания и отсутствию водяного пара в выхлопной струе, что снижает соответствующие потери энергии. Однако практическое применение металлосодержащих топлив связано с определенными проблемами, заключающимися в том, что образующиеся при расширении потока в сопле РДТТ твердые окислы металлов медленнее отдают тепло потоку (термическое запаздывание) и ускоряются не так быстро (скоростное запаздывание), как газообразные продукты сгорания, что приводит к потерям удельного импульса. Связующее представляет собой высокоэластичное вяжущее вещество, которое наполняют окислителем и частицами металлического горючего. Связующее в ТРТ выполняет несколько функций. Являясь важным источником горючей основы топлива, оно, кроме того, должно скреплять между собой дисперсные частицы окислителя и металла, образуя пластичную каучукообразную массу, способную выдерживать большие деформации, возникающие под действием термических и механических напряжений. Таким образом, связующее в значительной мере определяет ме- [c.38]

Чередование нестационарных режимов работы со стационарными делает все более сложными и напряженными условия работы дисков турбомашин [22, 23, 44]. Мощные тепловые потоки в авиадвигателе вызывают в турбинных дисках высокие температуры (до 700° С) при значительных радиальных перепадах (до 300°С). Это определяет большие термические напряжения циклического характера [43, 70]. На стационарных режимах температуры и нагрузки сохраняются постоянными, но достаточно высокими, что приводит к ползучести и релаксации напряжений во время эксплуатации. Таким образом, в материале турбинного диска при многократном повторении нестационарного режима возникают циклически изменяющиеся пластические деформации, а их накопление от цикла к циклу в ряде случаев является причиной разрушения дисков [22, 43], особенно если пластичность материала снижается с увеличением выработки ресурса и пребывания материала в условиях высоких температур [10, 100]. В этом отношении характерны результаты теоретического и экспериментального исследования термопрочно- сти дисков турбомашин [43], приведенные на рис. 1.7. [c.15]

Эти свойства обусловливают ббльшую, чем при сварке стали, зону термического влияния и приводят к появлению значительных тепловых деформаций, которые могут вызывать при охлаждении сварного шва значительные напряжения. [c.114]

Термической называют усталость, возникающую вследствие циклического изменения термических напряжений при изменении температуры. Из-за стеснения теплового расширения или теплового сжатия при термической усталости возникает упругая деформация, упруго-пластическая деформация или упруго-пластическая ползучесть. В соответствии с этими видами деформации можно выделить усталость в упругой области (многоцикловую усталость), в упруго-пластической области (малоцикловую усталость) или в области упруго-пластической ползучести (наложение ползучести и усталости). Даже при одинаковой термической деформации, обусловленной одним и тем же градиентом температуры, но при различной степени стеснения деформации (коэффициенте стеснения), различаются и величина механической деформации (упругой, пластической или ползучестй) и величина термических напряжений. Кроме того, если изменяется температурный цикл, то различаются как доля упруго-пластической деформации (не зависящей от времени), так и доля деформации ползучести (зависящей от времени) на один цикл изменения температуры. [c.245]

Одним из актуальных вопросов является изучение напряженно-деформированного состояния при переходных тепловых режимах разогрева и расхолаживания горизонтальных сосудов, частично заполненных жидкосТьЮ (корпуса парогенераторов, барабанов-сепараторов энергетических установок и др.). Нестационарные тепловые режимы обычно сопровождаются неравномерностью температурного поля по длине, толш ине и окружности сосуда, вызываюш ей повышение термических напряжений в стенках и деформацию (коробление) сосуда в целом. [c.134]

Материалы для ручной сварки инаплавкисталь-н ы X деталей. Свариваемость стальных деталей зависит от содержания в них углерода. В общем случае детали из малоуглеродистых и углеродистых сталей свариваются хорошо, из среднеуглеродистых — удовлетворительно, из высокоуглеродистых — плохо. Следует иметь в виду, что в конструкциях автомобилей из малоуглеродистых сталей изготовляют преимущественно детали и узлы из тонкого стального листа (кабины, оперение, облицовку и т. д.), сварка которых затруднена из-за опасности прожога металла Сварка деталей из легированных сталей затруднена вследствие того, что легирующие элементы дифунднруют в металл шва, вызывают образование тугоплавких окислов, остающихся в металле после его остывания, могут приводить к частичной самозакалке остывающего металла, различной тепловой усадке металла шва и детали, к хрупкости металла в горячем состоянии и в результате всего этого к возникновению значительных внутренних напряжений, деформаций и трещинообразований. Кроме того, при сварке полностью или частично нарушается термическая обработка деталей, восстановление которой в условиях ремонтных предприятий не всегда возможно или экономически нецелесообразно. [c.100]

Испытания на ударную вязкость производятся для установления склонности конструкционных материалов к опасным хрупким изломам в условиях объемного напряженного состояния и связанных с ним ограниченных возможносто пластической деформации. Другой важной целью определения ударно вязкости является проверка качества термической обработки и установление чувствительности стали к охрупчиванию в процессах обработки и эксплуатации (явления старения, тепловой и отпускной хрупкости п т. п.). [c.88]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...