Том 1. Прочность (1041446), страница 25
Текст из файла (страница 25)
рис. 3.4, б). Имеются также методы определения работы распространения трещины с использованием более крупных листовых образцов, с записью параметров процесса или с механическими приемами выделения работы распространения трещины. Основное внимание в этих методах уделяется схеме нагружения образца, по возможности лучше соответствующей реальному процессу и исключающей неучитываемые потери энергии. В других случаях для определения работы распространения трещины в элементах конструкций применяют метод тепловой волны, основанный на том, что более о5 ~о работы, истраченной на распространение трещины, идет на пластическую деформацию и превращается в теплоту.
При распространении трещины теплота выделяется практически мгновенно на границе образовавшейся трещины и в дальнейшем распространяется, как от мгновенного плоского источника, На некотором расстоянии от места прохождения трещины заранее на поверхности металла или в глубоких тонких отверстиях приваривают электроды в виде проволок диаметром 0,2 мм, образуя, таким образом, термопары (рис.
3.41, а). Спай 1 должен располагаться на расстоянии х = 3 —: 15 мм от трещины, а спай 2 — на достаточном расстоянии, чтобы, когда температура в точке 1 достигнет максимума (рис. 3.41, б), температура в точке 2 изменилась бы незначительно. Без учета тепло- отдачи, которая в данном случае из-за малой разности температур тела и воздуха ничтожна, 6„можно определить по формуле 6, = 4,13ср.хЬТ (3.53) где с р — объемная теплоемкость. Для оценки сопротивляемости металла движению трещины используют также различные неэнергетические характеристики: в олокнистость излома, скорость распространения трещины. н Установлено, что вязкий или хрупкий характер поверхности разрушения металла зависит от объема металла, вовлеченного в пластическую деформацию при движении трещины.
Хрупкие участки соответствуют малой пластической деформации подповерхностных слоев, вязкие (волокнистые) изломы, наоборот, свидетель- 125 ствуют о большой пластической деформации металла, указывающей нз большую работу, израсходованную при разрушении. Между работой, затраченной на распространение трещины, и площадью волокнистых участков излома имеется пропорциональная зависи- мость. Резкое уменьшение волокнистости в изломе при понижении температуры испытания свидетельствует о резком уменьшении работы разрушения.
Поэтому степень волокнистости излома исполь- зуется как характеристика для определения критической температуры, например при 50% а/ Ю/ площади с волокнистым изломом (см. гл. 5). цтлм Различают распрострак нение трещин со скоростяг ми в десятки и сотни метров в секунду и распростР ранение трещин при повторных нагружениях невыРис. ЗЛ!. Определение работы распростра- СОКИМИ НаПряжЕНИяМИ, пения трегцииы путем регистрации Т„„„по когда трещина продвигает- методу тепловой волны: ся при каждом цикле наа — схема расположения злентродоа а зоне пред- Гружсния на ВЕСЬМа МаЛОЕ полагаемого диплсеиия трептиннд б — теРмическиа цикл в точке Г рушениям соответствуют высокие скорости распространения трещин — обычно более 500— 600 м/с, полухрупким и вязким — относительно малые — 100— 400 м/с и менее. При циклических нагрузках регистрируют число циклов и путь, пройденный трещиной. Скорость распространения трещины Ж/ЙУ (мм/цикл) зависит от размаха интенсивности напряжений ЛК в пределах цикла, в меньшей степени от абсолютного уровня К и частоты нагружений.
Значение о//гЦ/ изменяется в весьма широ- ких пределах: от нуля при малых ЛК и К до 10-а мм/цикл и более. Для переменной нагрузки Парисом предложена следующая приближенная эмпирическая зависимость: ЖМЛг = С„/~К', (3.54) где Се, а — постоянные коэффициенты, определяемые при обработке экспериментальных данных. в 11. Влияние дефектов на механические свойства сварных соединений и их раоотоспоеобноеть Формирование сварных соединений в процессе сварки происходит под влиянием большого числа факторов. Форма, размеры, поверхности сварных швов всегда имеют отклонения от проектных. Радиусы сопряжений швов с основным металлом колеблются в широких пределах. Взаимное расположение соединенных элементов также может отличаться от проектного вследствие смещений и угловых поворотов. Сплошность ме- !26 талла сварных соединений в некоторых случаях нарушается из-за появления пор, шлаковых включений, пленок оксидов, несплавления шва с основным металлом, непроплавления соединения, трещин и др.
Соединения могут иметь подрезы и наплывы. Подобные отклонения на практике оказываются неизбежными и, безусловно, оказывают влияние на механические свойства сварных соединений. Степень влияния различных отклонений в различных условиях эксплуатации будет разной. При малых отклонениях формы соединения от проектной изменение прочности может быть пренебрежимо малым. Поэтому не всякие отклонения и не всегда относят к дефектам сварных соединений. Дефектами считают недопустимые отклонения. Граница между теми и другими, конечно, условна и устанавливается нормами.
Нормы, согласно которым отклонения относят к дефектам и браку, должны в первую очередь устанавливаться на основе изучения влияния отклонений на прочность и другие эксплуатационные свойства сварных изделий. Однако часто нормы по дефектности устанавливают, ориентируясь на технически достижимый уровень качества сварных соединений, чтобы поддерживать культуру производства на высоком уровне. Проблема влияния дефектов на прочность сварных соединений крайне сложна и многопланова. Решить ее можно, учитывая условия эксплуатации, характер дефекта и свойства металла сварного соединения. Поэтому исследования в области влияния дефектов на прочность группируются вокруг отдельных вопросов. Например, в особые направления выделяются вопросы влияния дефектов при переменных нагрузках, в условиях коррозии, при низких температурах и т.
д.; в зависимости от вида дефекта рассматривается влияние трещин, непроваров, пор, смещений, мест перехода от наплавленного металла к основному и т. п.; проводят исследования различных материалов: высокопрочных сталей, алюминиевых и титановых сплавов и т. д. В связи с таким многообразием проблем в настоящем параграфе рассматриваются только наиболее принципиальные вопросы чувствительности металла к концентрации напряжений, а именно при наличии трещин как наиболее опасных дефектов при статических нагрузках. Наибольшее влияние дефекты оказывают при переменных нагрузках (см. гл.
4). При статических нагрузках вопрос о влиянии дефектов на прочность в большинстве случаев сводится к вопросу о чувствительности металла к концентрации напряжений. Общепринятого определения понятия чувствительности металла к концентрации напряжений не существует. Наметились два направления в оценке чувствительности — на базе аппарата механики разрушения в отношении трещин и трещинообразных дефектов и на базе теории концентрации напряжений. Все металлы в той или иной мере чувствительны к концентрации напряжений. Под действием статической нагрузки при наличии трещин в качестве меры чувствительности, а лучше сказать, в качестве меры нечувствительности металла к концентрации напряжений в условиях плоской деформации можно использовать )27 критический коэффициент интенсивности напряжений металла К1,.
Чем он выше, тем менее чувствителен металл к концентрации напряжений. Однако при другой температуре тот же самый металл может оказаться чувствительным к концентрации напряжений. Так как каждый металл обладает определенным уровнем прочности — пределом текучести и пределом прочности — и обычно предназначен для работы при напряжениях, несколько меньших о„то оценку нечувствительности в присутствии трещин более точно можно дать по отношению К„/о,. Для образного представления эту величину можно рассматривать как пропорциональную корню квадратному нз длины трещины в бесконечной пластине, при которой среднее разрушающее напряжение равно ат. Тогда К, /о, = о,. 1~ л/,/2/о, = 1 л/2 ~' /„ (3.55) где /,— длина трещины, вызывающая разрушение металла при о ==-- о.
Для высокопрочных сталей размер /, составляет миллиметры или даже десятые доли миллиметра — эти стали крайне чувствительны к наличию трещин; низколегированные стали невысокой прочности при комнатной температуре имеют /т, измеряемое сотнями миллиметров. Таким образом, чувствительности этих групп сталей к концентрации напряжений различаются более чем в 10 раз. Однако не всегда толщина металла достаточна, чтобы можно было создать условия плоской деформации и дать оценку нечувствительности по К~,/пт. Уход от плоской деформации не означает перехода к плоскому напряженному состоянию. В условиях неплоской деформации существует широкая гамма промежуточных напряженных состояний, Чем меньше толщина проката из одного и того же металла, тем менее чувствителен он к концентрации напряжений, т.
е. его разрушение при одной и той же длине сквозной или одной и той же относительной глубине //з несквозной трещины будет происходить при более высоких напряжениях. В известной мере можно говорить, что толщина в данном случае является фактором хотя и не относящимся к свойствам металла, но глня1ощим на его чувствительность к наличию трещин. При сквозных трещинах нечувствительность металла конкретной толщины к концентрации напряжений в условиях неплоской деформации может быть оценена по отношению К, /о,. При этом К,— наименьший при рассеянии значения критического коэффициента интенсивности напряжений К„которые определены при напряжениях, меньших о,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
