Том 1. Прочность (1041446), страница 27
Текст из файла (страница 27)
е. всеми необходимыми значениями коэффициентов в формуле (3.54) в широком диапазоне ЛК. г,р Процедура расчета различна в зависимости от того, отыски-' вается ли допустимый размер де- О фекта или производится проверка допустимости уже имеющегося Рис'. 3.44. Схематические зависи- дефекта. В последнем случае рас- '" Р',щ„'и, 1 чет проще. Для отыскания до- пустимого размера дефекта может быть использован метод последовательного перебора. Рассмотрим порядок расчета при определении допустимости имеющегося дефекта.
Пусть известны размер и очертания начального дефекта 1, и н эксплуатационные и испытательные напряжения о,. По числу циклов нагрузок Агэ за период эксплуатации определяют подрастание трещины и находят 1,, Для 1, „и 1, „ определяют разрушающие напряжения о, р и разрушающие деформации в, используя данные, показанные на рис. 3.44. Йаходят ио, который для конкретных конструкций регламентируется соответствующими нормами, Рекомендуется, чтобы и был не менее 1,75 — 2,5, если о, ( от. Если о,р р ) ат нли оэ ~ 0 8 от. достаточно, чтобы пе было не менее 7 — 15.
Определяют п, п, и . По рис. 3,44 при о, = аэ находят критический размер дефекта 1„, а затем пг. Рекомендуется, чтобы п~ был не менее 3 — 6, если берется начальный размер дефекта 1, „, или не менее 2 — 3, если берется конечный размер 1,, Зная размер начального дефекта и имея данные для определения подрастания длины трещины, по 1э определяют число циклов Аг», а затем и и . Значение и должно быть не менее 10. Коэффициент запаса по трещиностойкостн пгг находят, вычисляя К по формулам линей- э ной механики разрушения, т. е.
в предположении справедливости формул для упругой стадии работы материала с учетом известных а„1, „, 1, „а К, берут при тех же 1, и и 1, „. Аналогично находят 1г„который в упругой обласги равен 2К,/(~' ггЕ), а затем и пр. Коэффициенты запаса по трещиностойкости устанавливаются техническими условиями. В случае линейной зависимости К от нагрузки на конструкцию и„. = и п = и . к гг к е К дефектам сварных соединений относят также и неоднородность механических свойств, когда она достаточно велика. Например, хрупкие зоны, т.
е, зоны с низким Кг„могут явиться даже при малых размерах дефекта источником разрушения. Опасность хрупких зон состоит также в том, что они, будучи по размерам примерно в два раза меньше критических трещин для основного качественного металла, тем не менее способны вызвать протяженные разрушения. Объясняется это тем, что энергия, освободившаяся при пробегании трещины по хрупкому участку 1,р, где ока почти не расходуется на пластические деформации металла, и равная л1хра'-/ (4Е), затем идет на прохождение трещины по более вязкому участку при длинах трещин 1, меньших критических, г,р ( ( 1(~кр' Достигнув критических размеров, трещина далее распространяется, используя энергию, освобождающуюся при ее дальнейшем подрастании. В расчетах хрупкую зону длиной 1,р следует рассматривать как трещину длиной 21хр.
ГЛАВА 4 СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИИ В 1. Прочность основного металла при переменных (цинличесних) нагрузках Современные методы расчета прочноети деталей основаны на гипотезах непрерывности, однородности и изотропности ' материала. В действительности распределение усилий между зернами металла происходит неравномерно. В некоторых зернах могут иметь место значительные пластические деформации, в результате чего образуются микротрещины.
При переменных нагрузках они имеют тенденцию развиваться: сначала развитие трещин происходит очень медленно, далее постепенно ускоряется, а на последнем этапе происходит внезапное разрушение, При этом местные напряжения оказываются опасными для прочности не только хрупких, но и пластичных металлов.
Анализ природы усталостного разрушения очень сложен, так как требует изучения неоднородной среды (кристаллиты и межкристаллические среды). В сварных соединениях задача анализа значительно осложняется наличием остаточкых напряжений и неоднородностью свойств различных зон наплавленного и основного металлов. 133 Прочность при переменных нагрузках зависит главным обра» зом от числа ц и к л о в н а г р у ж е н и я, амплитуды изменения напряжения, формы и размеров испытуемых образцов, их материала, состояния поверхности, вида нагружения (изгиб, кручение), свойств среды, в которой производится испытание (воздух, вода и т.
п.). На рис. 4.1„ а показана диаграмма прочности металла в зависимости от числа циклов нагружений Лг. Максимальное напряжение, при котором материал не разрушается при достаточно боль) шом числе циклов нагруа Д, /и"//а жения, называется п р еделом выносливос т и. При испытаниях стальных образцов предел выносливости определяют ~~ц 2/0 Ц~ 220 при Лг = — 10'.
Если образец испытыг 2 3 4 Э Э 2 В ЭгУ.Ф а ВаЮт ПРИ МЕНЬШЕМ ЧИСЛЕ нагр ужений, то значение ф разрушающих напряжений называют и р е де л о м ограниченной выносливости. На рис. 4.1, б изобра- ~п'гя'4/эЬэтгв'и'ап' гвЪа'г!/ жена диаграмыа прочности рис. 4 1 диаграмма прочности стали в за- металла в зависимости От висимости от числа нагружений гт': числя циклов нагружения, а — в декартовых координатах; 6 — и полило- построенная в полулога- рифмических координатах. Число циклов в логарифмическом масштабе отложено по оси абсцисс, а значения разрушающих напряжений — по оси ординат. Опытами подтверждено, что зависимость б = /(Л/) (рис. 4.1) при построении в этих координатах может быть изображена двумя отрезками прямой: наклонным и горизонтальным. Горизонтальная прямая соответствует пределу выносливости.
Предел выносливости зависит в значительной степени о т х ар а к т е р и с т и к и ц и к л а. Цикл — совок!/ггность всех значений напряжений за время одного ггериода ка рг/жения. Отношение г =-= б нт/б,„,„называют гсоэффииггентом амплитУды или характеристикой цикла, где б,„и б,;„— соответственно наибольшее и наименьшее напряжения цикла. На рис. 4.2, а показана схема цикла симметричного нагружения ~ б„,„~ = — ! б„,!„!, на рис.
4.2, б — знакопостоянного нагружения, на рис. 4.2, в — асимметричного знакопеременного нагружения !! О .„! + ~ б !„!, а на рис. 4.2, г — отнулевого. Пределы выносливости, определенные при симметричном цикле, обозначаются б,, при отнулевом — б„при произвольном — б,. Наибольшее значение имеют пределы выносливости при испытаниях на изгиб, несколько меньшее — при осевом нагружении 134 и наименьшее — при кручении. Характер изменения напряжений по времени бывает различным: как синусоидальным (рис. 4.2, а — г), так и другой формы (рис„4.2, д, е).
В целях изучения пределов выносливости в зависимости от характеристики циклов строится д и а г р а м м а в ы н о с л ив о с т и. Наиболее часто пользуются построением диаграммы выносливости испытуемых образцов по методу Смита, представленной в схематизированной форме на рис. 4.3. По оси абсцисс откладываются значения средних ! напряжении цикла б =- (б,„+ + б ри) /2, ПО ОСИ ОрдИНат — Напряжения бтах и бт!и. Под углом 45и к оси абсцисс проводится прямая. Амплитуды б„=- (б „„— — б !и) /2 откладываются симметрично относительно этой прямой, Рис.
4.2. Осциллограммы нагружений с различными характеристиками циклов Рис. 4.3. Диаграмма прочности и уста. лости в координатах и и, о „„о 135 Прямые пересекаются в точке К, которая характеризует цикл с бесконечно малой амплитудой. Условно принимают, что эта точка соответствует пределу прочности б,. Отрезок ОА выражает значение предела выносливости при симметричном цикле. При этом б = О.
В большинстве случаев пользуются участком диаграммы с напряжениями, не превышающими предела текучести б,. Из точки Р С КООРДИНатаМИ б„, бт ПРОВОДЯТ ГОРИЗОНтаЛЬНУЮ ПРЯМУЮ ДО ПЕРЕ- сечения с прямой АК в точке Лг. Эту точку проецируют на пря- мую А'К в точку М. Ломаная линия АИЭМА' выражает схематизированную диаграмму усталости в пределах упругих деформаций. Отрезок ВС выражает значение предела выносливости при пульсирующем цикле по; ОВ = о,/2. Проведем из точки О прямую под произвольным углом а к оси абсцисс, тогда 2 2 т ~тах ! опип !+(осп1пЯпах) 1+» По этому отношению для заданного цикла г определяют 1д а. Точка Р определяет значение предела выносливости при заданном цикле нагружения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
