Том 1. Прочность (1041446), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Вырыв листа по периметру точки более благоприятен; это указывает на высокую прочность точки и относительно малую чувствительность металла к имеющейся концентрации напряжений. Прочность точек на отрыв заметно уступает прочности на срез вследствие неблагоприятного расположения концентратора по отношению к направлению действия сил (рис. 3.28). Это видно из сравнения уровней минимальной прочности на отрыв и на срез для титанового сплава ОТ4, предел прочности которого составляет 700 — 900 МПа. Из рис. 3.28 видно также рассеяние прочности вызванное различием диаметров точек при одной и той же толщине металла, а также непостоянством уровня прочности исходного металла.
Чувствительность металла к концентрации напряжений, фактическое соотношение между диаметром точки и толщиной металла 110 0 05 1 75 2 25 5,;„м77 Рис. 3.27. Зависимость минимальной прочности точки на срез от толщины листа при разных уровнях прочности основного металла: алкмиииевые сплавы: 7 — О < 130 МПа; 2 — О в в = 130 — ' 200 МПа; 3 — о = 200 — ' 300 Мпа; 4 — о„) > 320 МПа, стали и титаиовые сплавы; 5 — о < 800 МПа; в 6 — о = 300 — ' 000 МПа; 7— в о =600 — '700МПа; 8 — о = в в = 700 — ' 800 Мпа; 2 — о = 800 —.'. 900 МПа Рис.
3.28. Прочность точки в зависимости от толщины металла при срезе Рср и при отрыве Рвтр для титановых сплавов ОТ4 (1) и ВТ1-2 (2); — средние значения; -- минимальные значе- ния 05 70 75 20 2,5 ТРИ э 8. Прочность паяных соединений В 8 8 гл. 2 были рассмотрены различные типы паяных соединений и технологические методы их получения.
Прочность паяных соединений зависит от сочетания механических свойств припоя и основного металла, от конструкции соединения (стыковое, косое, нахлесточное), от прочности связей между припоем и основным металлом, зависящей от их конкретного сочетания, а также от вида технологического процесса пайки и флюсов, от толщины слоя припоя, от соотношения площадей соединения и поперечного сечения соединяемых элементов.
Последним фактором часто пользуются для получения равнопрочных с основным металлом соединений, если прочность припоя ниже прочности основного металла. Например, путем изменения угла или увеличения длины нахлестки в косых и нахлесточных соединениях можно повысить прочность соединения при недостаточной прочности металла припоя в шве. Благодаря малой толщине припоя и способности его во многих случаях образовывать за счет диффузии новые сплавы или даже пол- ностью растворяться в основном металле имеются большие возможности технологическими приемами регулировать прочность паяного соединения. Влияние концентрации напряжений (см. ~ 19 гл.
2) на прочность паяных соединений зависит от вида нагрузки, свойств основного металла и припоя, конструкции соединения. В стыковых схаединениях реализуется эффект контактного упрочнения (см. ~ 3). Концентрация касательных напряжений создает объемное напряженное состояние, что при достаточной пластичности припоя приводит к повьппению прочности соединения и может рассматриваться как положительный эффект. На рис.
3.29 показана зависимость прочности стыкового паяного соединения из армко-железа с пределом прочности бв = = 340 МПа, паянного медью, от размера зазора. При сравя нительно тонкой прослойке х ° .х (й === 0,3 мм) за счет контактного упрочнения достигается равнопрочность. При дальнейшем увеличении толщины ио прослойки прочность: падает. В нахлесточных соединениях о,~ ~,о 1б 211 й мм при статических нагрузках пластичность обычно примеРис.
3.29. Зависимость прочности стыко- няемых припоев оказывается вого ивяного соединения от размера л достаточной, чтобы воспризазора нять концентрацию касательных напряжений и сдвиговых деформаций без разрушения спая прн величине нахлестки, достаточной для получения паяного соединения, равнопрочного основному металлу. При дальнейшем увеличении длины нахлестки коэффициент концентрации сдвиговых деформаций растет, но.уменьшается среднее касательное напряжение на единицу длины нахлестки, поскольку предельная нагрузка не может быть выше разрушающей нагрузки для сечения основного металла.
Для оценки свойств паяных соединений используют также характеристики вязкости (см. ~ 2), получаемые при ударном срезе, изгибе и комбинированной нагрузке. Ударная вязкость, характеризующаяся работой разрушения паяного соединения, в основном отражает свойства паяного шва, если он существенно уступаеч по прочности основному металлу. Ударная вязкость дает представление о пластических свойствах шва как такового и о влиянии толщины спая.
При прочности шва, близкой к прочности основного металла, в пластическую деформацию вовлекаются и участки основного металла. В этом случае ударная вязкость характеризует агрегатную энергоемкость разрушения паяного соединения в целом и его чувствительности к концентрации напряжений при ударном нагружении.
Чем выше вязкость, тем меньше чувствительность соединения к концентрации напряжений. 112 5 9. Крнтернн оценки напряженно-деформнрованного состояния прн концентрации нааряженнй Разнообразные примеры распределения напряжений в сварных соединениях, которые дают. представление о закономерностях кон-<ентрации напряжений, рассмотрены в гл. 2. В 5 2 настоящей главы рассмотрены стандартные методы определения свойств сварных соединений, в которых в основном используются образцы без острых надрезов.
В ряде случаев необходимо оценивать сопротивляемость металла разрушению на образцах с острыми надрезами. Прежде чем излагать методы и характеристики оценки сопротивляемости металлов разрушению в присутствии концентратора, необходимо ознакомиться с критериями и понятиями, которыми принято описывать напряженно-деформированное состояние металла в таких случаях. а/ Рис. 3.30. Распределение напряжений и деформаций в пластине с над- резами: а — общий вид нагруженной пластиньн 6 — апгора напряжений в упругой области; а — авары деформаций и неправ:свай прн о > о а п1ах На концентрацию напряжений влияют форма элемента (рис. 3.30, а), его линейные размеры (6, ~, В), радиус концентратора р. угол между гранями концентратора а и вид приложенной нагрузки (растяжение, изгиб, сдвиг и т.
п.). Рассмотрим случай тонкой пластины, когда напряжения по толщине о, = О. В ослабленном концентраторами сечении действуют средние напряжения (рис. 3.30, б) О, = аа В~6. (3.28) Степень концентрации напряжений при Р ~0 принято оценивать коэффициентом кон центр аци и н апр я жени й (3,29) ~о — «п,ах~ох» где о, в„— максимальное напряжение. Если пренебречь влиянием напряжений а„ в ослабленном сече. нии, то в упругой области коэффициент концентрации напряжений а, примерно совпадает с к о э ф ф и ц и е н т.о м к о н ц е н т р вции деформаций а,=в /е, (3.30) Коэффициенты концентрации напряжений а, и деформаций а, в упругой области не зависят от уровня приложенных напряжений о,.
Если максимальное напряжение достигнет предела текучести о„вблизи концентраторов появятся зоны пластических деформаций. Коэффициент концентрации напряжений а, по мере роста нагрузки будет уменьшаться вследствие отставания роста О от о (рис. 3.30, в). ср Если Й )» /, то изменение Й при постоянном / мало влияет на коэффициент концентрации напряжений. Такие надрезы называют мелкими. Коэффициент концентрации в них зависит от изменения /.
Чем больше /, тем выше коэффициент концентрации. Наоборот, при 1)~ Й коэффициент концентрации напряжений в основном зависит от изменения Й и мало зависит от изменения /. Такие надрезы называют глубокими. В них чем больше Ь, тем выше коэффициент концентрации напряжений. Чем меньше радиус концентратора р и угол а между его плоскостями, тем выше коэффициент концентрации.
При а = О, когда грани параллельны, коэффициент концентрации а, )/~/р или аи ' 1' Й/Р ° В последние два десятилетия для оценки прочности металлов при наличии в них трещин применяют положения линейной механики разрушения. Она оперирует с концентраторами, у которых р = О. В этом случае расчетное механическое напряжение становится равным бесконечности, а понятие коэффициента концентрации напряжений теряет свой смысл. Для оценки поля напряжений вблизи концентратора используют понятие к о э ф ф и ц и е н т а интенсивности напряжений в вершине трещины при упругих деформациях, обозначаемого К, и понятие и н т е нсивности освобождения энергии деформац и и, обозначаемой 6. Рассмотрим растянутую напряжениями и тонкую бесконечную пластину (плоское напряженное состояние), имеющую разрез в виде трещины а = 0 (рис.
3.31, а), и в виде выреза с а ~ь 0 (рис, 3,31, б). Для трещины длиной / в бесконечной пластине формула коэффициента интенсивности напряжений имеет вид К = 1'~~а) пу7; (3 31) а для интенсивности освобождения энергии 6 = лоЧ/(2Е). (3.32) Величина К характеризует распределение напряжений у конца трещины и выражается в Н/мч, а величина 6 — это энергия, освобождающаяся в растянутой пластине при возможном подрастании 114 трещины на единицу площади; ее единица — Дж/м'. Обе эти величины взаимосвязаны: в случае плоского напряженного состояния К2/Е.
(3.33) при плоской деформации 6= (1 — ц') К'/Е (3.34) Понятия плоского напряженного состояния и плоской деформа- ции даны в ~ 1. Для других случаев расположения трещин, например в растя- нутой полосе, при боковых трещинах глубиной / (см. рис. 3.30, а), значение К зависит от отношения размеров //Й. При /)» Й К 1/Й и практически не зависит от г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
