Том 1. Прочность (1041446), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Аналогичным образом К зависит от линейных размеров и при изгибе образцов. При изгибе К также пропорционален и, которое берется без учета концентрации напряже- Е ::: ний. Например, о = = о,р = М/К (рис. 3.32, а), где К = й'/б, з — толщина пластины. В ряде случаев в формулах для вычисления К а 1 используют среднее напряжение без учета осси лабления, т.
е. 1р' = з =- зВ'/6 о = Р/Г (рис 3.32, б), где Р = Вк— и площадь поперечного Рис. 3.31. Бесконечнаи пластина с надрезами сечения. Величины К и 6 (р= О): ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ДЛЯ ОЦЕН а — трещина с а = О; б — вырез с а ~ О; в — изме. КИ СВОЙСТВ МЕТаЛЛа ПРИ иение И наличии в них трещин. При испытании в момент начала движения трещины регистрируют уровень критического напряжения О и, зная размеры образца и трещины, вычисляют по соответствующим формулам критические значения К, и 6, для испытуемого металла (подробнее эти воп- росы освещены в следующем параграфе).
Для надрезов, заканчивающихся, как и трещина, нулевым ра- диусом, но имеющих угол а ~ 0 (рис. 3.31, б), значение и размер- ность К зависят от угла а. Если в острие такого выреза есть не- большая трещина Л/, (рис. 3.31, б), значения величин К и 6, имею- щих в этом случае уже обычные для себя единицы Н/м'ь и Дж/м', за- висят не только от Л/, но и от длины выреза /и угла а, причем рост 6 в зависимости от Л/ происходит по закону, выражаемому кривой 2 (рис.
3.31, в), крайне быстро и значение 6 приближается к прямой 1, 1!5 описывающей зависимость 6 в случае наличия трещины длиной /'. При Л/- Л/, кривая 2 и прямая / сливаются, что позволяет рас'- сматривать вырез длиной / как некоторую эквивалентную ему тре- а/ р/ в/ Рис. 3.32. Распределение напряжений в пластинах с различными концентраторами: а — боковой надрез, гх ~~ 0; б — центральная трещина; в — нецентральиая трещина щину длиной д при том же напряжении о.
Размер эквивалентной трещины вычисляется по формуле д = 26аЕ/(ло'), (3.35) где 6, находят по рис. 3.31, в при экстраполяции прямолинейного участка кривой 2 до пере- а/ б'/ сечения с осью 6. Сравнение концентрато- Е ров- с острыми надрезами ( р — 0) между собой по / длине д позволяет. распо- ложить их в определенный ! а а/ ряд по степени опасности, как это делают, используя понятие коэффициента конГ! центрации напряженийа„. у сгла» ! В качестве характерис и /! стики напряженно-деформированного состояния используют также понятие раскрытия вершины конРис. З.ЗЗ.
Различные случаи определения центратора б. Первона- чально оно было приме- а — изменения Расстояния между точками А и Гп НЕНО К КОицситратпраМ б — раскрытие конца трещины: в — интеграл упругопластических деформаций р ~~=-0 и означало прира- щение размера а у дна выреза (рис. 3.33, а), выражаемое как разность длин А,В, после нагружения и АВ до нагружеиия: 8=А,В,— АВ. (3.36) Затем это понятие было перенесено на трещины и стало означать либо раскрытие дна трещины (рис.
3.33, б), что довольно неопре- 1!6 деленно, либо интеграл упругопластических деформаций в на длине СР в пределах зоны пластических деформаций (рис. 3.33, в). В последнем качестве величина о как характеристика напряженно- деформированного состояния у конца трещины получает все большее использование. Характеристикой деформированного состояния металла вблизи надреза являетсятакже к о э ф ф и ц и е н т и н т е н с и в н о с т и де ф о р м а ц и й 1у (м"-), который в простейшем случае концентратора с параллельными гранями сс = 0 (рис.
3.33, а) вычисляется по формуле 1' = в,„АР = есри, 1/Р. (3.37) Комплекс Яв 1ГР слабо зависит от Р, так как в слУчае паРаллельных граней надреза коэффициент концентрации а, ж А/!г' р. Значение величины А пропорционально 1/ ~. При р = О (трещина) значение величины Г с точностью до постоянного коэффициента совпадает с коэффициентом интенсивности напряжений $' = 2К/(~ 'зт Е).
(3.38) При а + 0 размерности величин 1У и К зависят от угла сс. Таким образом, для численного определения 1~ по формуле (3.37) необходимо знать геометрические размеры тела и среднюю деформацию е,р. Использование рассмотренных в настоящем параграфе понятий для определения механических характеристик металла и сварных соединений дано в следующем параграфе. Э 10. Характеристики сопротивляемости металла разрушению в присутствии концентраторов Традиционным приемом оценки механических свойств металла является нагружение образца или детали до разрушения с регистрацией в процессе испытания и (или) после него каких-либо характеристик напряженно-деформированного состояния.
При обработке результатов определяют точки, соответствующие переходу от одного состояния к другому. Например, напряжение в момент начала текучести называют пределом текучести материала о„значение коэффициента К в момент начала движения трещины называют критическим коэффициентом интенсивности напряжения материала К,. Не следует смешивать между собой характеристики напряженно-деформированного состояния (например, а — напряжение) и механические характеристики металла (сут — предел текучести металла), часто обозначаемые одинаковыми буквами с введением различных индексов.
Механические характеристики могут быть классифицированы по различным признакам. В частности, можно выделить характеристики, оценивающие сопротивляемость металла появлению трещины в концентраторе, началу движения имеющейся трещины, распространению трещины, б'/ 1угл Р;/бср еср. р = Лпа.р//рслз где /т,а — некоторая условная длина (рис. 3.34, а), на которой распределены деформации е, образующие перемещение Л„а В ряде случаев Лп,,,.1о Л,.п р и можно пользоваться для оценок величиной Л„. 110 Появление трещины в концентраторе.
Наиболее распространенной характеристикой оценки прочности металла, сварного соединения или детали в присутствии концентратора является с р е дн е е р а з р у ш а ю щ е е н а п р я ж е н и е оср р, определяемое в случае растяжения и среза отношением р а з р у ш а ю щ е й с и л ы Р к площади ослабленного сечения или отношением разт, р рушающего момента Мр к моменту сопротивления Ю' при изгибе. Однако оценка свойств только по среднему напряжению часто не обнаруживает отрицательного влияния концентратора, пока он не превысит некоторого значения. Например, испытание стыкового (рис.
3.34, а) или углового (рис. 3.34, б) шва с непроваром до раз- рушения может давать а/ высокие значения Рр и а, р при небольших раз) мерах непровара и до- Р, †††-м к статочной пластичности д 0 г к металла. При увеличе! нии размера непровара 6 или ухудшении свойств 1! !! металла среднее разру- ! шающее напряжение о си р Р Я 0 Р 1 ! будет уменьшаться. Це! лесообразно наряду с определением Р регистрировать пластичность металла или соединения Рис. 3.34.
~ид диаграммы при испытании свар- записи в процессе испыных соединений с непроваром: тания перемещения Л, т. е. изменения расстояния между точками А и В. На рис. 3.34, в показана диаграмма Р (Л). Кривая 1 указывает на большую пластичность соединения, а кривая 2 свидетельствует о малой пластичности. При увеличении толщины металла или непровара при малой пластичности средние разрушающие напряжения могут заметно падать, принимая значения, отмеченные крестиками.
Для исключения влияния упругости участка АВ можно из полного перемещения Л, вычесть упругую его составляющую Лу„р р и получить пластйческую составляющую Л„, р —— = Л вЂ” Л,,„рр (рис. 3.34, в). Зйаченйе Лп, характеризует с р е д н ю ю р а з р у ш а ющ у ю п л а с т и ч е с к у ю д е ф о р м а ц и ю еср р в ослабленном концентратором сечении: Оценка свойств сварных соединений по среднему разрушающему напряжению ос используется очень широко.
Значительно реже применяют оценку по пластичности вср „, например при испытаниях на изгиб стыковых и нахлесточных сварных соединений (рис. 3.35). Образец нахлесточного или стыкового соединения (рис. 3.35, а, б), потеющий ослабление для сосредоточения деформаций вблизи линии сплавления, устанавливается в приспособление (рис. 3.35, д) для консольного изгиба образца и нагружается до появления трещины по линии сплавления. Этот момент может быть зарегистрирован визуально.
Испытание прекращается, измеряется угол а/ Рис. 3.35. Определение еср при испытании сварных соединений на изгиб: а — образец нахлесточного соединения: б — образец стыкового соединения с полным проваром; в — образец стыкового соединения с непроваром; г — образец после испытаний; д — приспособление для испы- таний р 0, изогнутого образца (рис. 3.35, г), по значению которого можно приближенно определить среднюю разрушающую деформацию еср р на поверхности образцов: вс = 0 з/(21), где 0,— угол поворота, рад; з — толщина металла; / — ширина ослабления для образцов с полным проваром. Рекомендуется принимать / = з, тогда еср р — — Ор/2 (3.40) Если разрушение образца произошло внезапно, то по зарегистрированному перемещению / в момент разрушения приближенно вычисляется 0р =/р//., где /.— расстояние от плоскости концентратора до точки контакта штока с образцом.
Схема. испытания на рис. 3.35, д может быть использована для определения свойств металла стыкового шва в присутствии концентратора типа непровара (рис. 3.35, в). При непроваре более 30 — 35",о от толщины металла ослабление / можно не создавать. В образцах с непроваром из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, как показывают экспериментальные исследования, 1!9 величина в, р может быть приближенно вычислена по формуле е„р = 0,80р. (3.41) Показатель пластичности в,рр характеризует не только пластические свойства металла, но также и влияние радиуса концентратора, угла а перехода от шва к основному металлу в обр/1Ф1 цах (рис. 3.35, а, б), толщины металла в или шва в,.
Таким образом, е,р р отражает совместное влияние различных параметров сварного соединения, в том числе и механической — неоднородности, вызванной термическим и деформационным циклами сварки. Для образца с непроваром может быть вычислен критический коэффициент интенсивности деформаций 1/, по формуле (3.37). Коэффициент $'р отражает только свойства металла и геометрические особенности зоны конца непровара (радиуса непровара). Значения 1' р мо1 ут использоваться Рис. 3.36. Схема испытаний двух скреп- как характеристики сопро/~еяиых между собой образиов тивляемости зоны концентра- ции сварных соединений разрушению, отражающие влияние термического цикла сварки и радиусов перехода к основному металлу, и применяться для выбора технологии, режимов сварки и термической обработки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
