Феодосьев В.И. - Десять лекций-бесед по сопротивлению материалов (1113498), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Все сказанное выще заставляет считать, что та основная концепция, по которой температурные напряжения не считаются опасными для пластичноГо материала, должна приниматься с оговорками. В каждом конкретном случае треоуется предварительный анализ особенностей конструкции. В большинстве случаев теплонапряженные узлы подвергаются не голько тепловому, но одновременно и силовому воздействию. При пластических деформациях поведение системы зависит от истории нагружения и от истории нагрева.

Основные трудности, которые возникают при анализе подобных систем, связаны прежде всего с недостаточностью наших представлений об основных зависимостях между параметрами, определяющими состояние материала. Таких параметров четыре, Это — напряжение, деформация, время и температура. При неизменной температуре, в частности, зависимость ме;кду тремя первыми параметрами характеризует свойства ползучести. Как видим, даже частный случай тех необходимых зависимостей, при помотци которых можно было бы анализировать поведение теплонапряженных конструкций, представляет собой довольно сложную самостоятельную проолему. 4 В случае не очень высо- Я ких температур и сравни"з тельно йебольшой продол- жительности действия сил Р можно, по-видимому, пренебречь влиянием фактора времени и рассматривать зависимость о от е при параметре о 1' как совокупность диаграмм Рис.

48. растяжения, найденных пу- тем испытания материала прп различных температурах (рис. 48). Правда, даже в этом простейшем случае возникают вопросы, которые требуют введения гипотез и постановки особых экспериментов. Рассмотрим, например, две диаграммы, построенные при постоянных температурах й, и й, ~й, (рис. 48).

Пусть состояние материала определяется точкой А. Если умень- о шить напряжение о при постоянной температуре 1,, то новое состояние будет характеризоваться ~ очкой, расположенной на прямой АВ, например точкой С. Если оставить постоянным напряжение и повысить температуру до 74 е 1,, то мы придем к точке 0; Но не известно, каково оудет состояние материала, если одновременно уменьшить и и повысить 1'. Сказанное имеет целью обрагить внимание читателя на сравнительную неразработанность основ ~теханттктт деформируомого твердого тела в условтлях температурного воздействия и па зыбкость исходнт,тх даяных, необходимых для расчета Сде,:тать это необходимо в связи с тем, что при решении подобных задач зачастую проявляется увлеченность формальными вычислительными действиями в ущерб более полному анализу исходных даттньтх.

При инженерных расчетах теплонацряженцых конструкций иногда недооценивается не только входная, но и выходная сторона расчета, а именно — выбор критерия надежности конструкции, в зависимости от которого существецпо может меп»тьгя и расчетная с хема и мо1од ан»- лиза. Сама по себе величина температурных напряжений для большей части конструкций, как видим, нс является определяющсй. Важен характер изменения пацряжеций, важна величина возптткатощттх деформаций и перемещенптт. При расчете теплонапряженнойт конструкцпи необходимо, как нигде, обращать внимание пв сцецпфику ет работы с тем, чтобы искомый результат огражал существо дела.

В результате температурного встздействия возможна потеря устой чцвос гц. Очс*видно, что это явление может быть нсследоватто при помощи тех же приемов, тто и потеря устоттчттвости, вызванпая внешними силами. За эквивалент вттетттнего воздействия в этом случае, как и при расчетах на прочность, принимается напряжение. Считается, ч1о потеря устойчивости происходит при одних и тех же напряжениях, независимо от природы их возникновения. В закрцтцческой области система осдет себя по-разному, смотр» по тому, подвергается лц оца силовому или температурному воздействию. При тина этого заключается, естес1венно, в том, что изменение температуры'связано с изменением деформаций, а изменение статической нагрузки— с величиной цапряжеии тт. Напрттяер, стержень, закрепленный по концам (рис.

49, а), цри нагреве теряет устойчивость, когда нормальная сила в сечениях достигнет эйлеровой. При дальнейшем нагреве относптельно малому изхн'пению температуры соответствует небольшой прогиб стержня. При нагружении стержня статической нагрузкой (рис. 49, б) малому изменению силы соответствуют большие перемещения. Говоря иными словами, при равных величинах кр+ Р р+ КР и Ркр прогибы в первом виде нагружения будут неизмеримо меньшими, чем во втором.

Это ясно видно из графика, показанного на рис. 50. По оси ординат откладывается сжимающая сила, а по оси абсцисс — сблия ение концов стержня. При нагреве закрепленного по концам стрежня за смещение Х надо а~ 6 принимать, очевидно, температурное изРвс. 49. иенение длины. Ксли температура увеличится, скажем, па 10% сверх критической, то на столько же увеличится и величина Х, что и показано на рис. 50. Увеличение силы Р на 10% приведет к резкому увеличению прогибов, причем, как правило, с последующим разрушением стержня.

Рис. 50, Из рассмотренного примера вытекает, что потеря устойчивости в ряде случаев оказывается для конструкции пе опасной. В качестве примера на рис. 51 показан цилиндрический резервуар, частично заполненный жидкостью. При внешнем обогреве температура стенки меняется, но неравномерно. В верхней части, не соприкасающейся с жидкостью, температура будет выше, чем в нижней, где происходит геплоотвод в жидкость. В результате возникают заметные меридиональные напряжения, и оболочка в зоне сжатия может потерять устойчивость. Ба оболочке в этом случае появятся местные неглубокие вмятины. Такого рода потеря устойчивости сама по себе для конструкции, как правило, не страшна. Возникшие вмятины не получают развития, и оболочка как резервуар полностью удовлетворяет своему назначению.

Рвс, 51. Картина существенно изменится в том случае, если та же оболочка выполняет не только функции резервуара, но включена в некоторую конструкцию как силовой элемент. Например, можно представить себе, что цилиндрическая оболочка является несущим отсеком фюзеляжа скоростного самолета. В результате воздействия воздушного потока оболочка будет нагреваться, Поскольку возникают изгибающие моменты, то одновременно с температурным оболочка будет испытывать и силовое воздействие.

Ясно, что в этом случае температурная потеря устойчивости может повлечь за собой серьезные последствия даже в том случае, если напряжепия изгиба в фюзеляже, взятые отдельно от температурных, далеко пе достигают критических. Разбор аналогичных примеров моя ио было бы продолжить. Однако очевидно, что в зависимости от конкретных условий, температурная потеря устойчивости, так же как и температурные напряжения, может быть и опасной, и неопасной. Для обозначения резкого температурного воздействия в технике иногда употребляется выра~кение «тепловой удар», Это понятие связывается с быстрым поверхностным нагревом, в результате которого образуется высокий градиент напряжений. Типичным примером подобного теплового воздействия является быстрый нагрев горячимп газами графитовых рулей при запуске ракетного двигателя (рис.

52). Температура газов вблизи передней кромки газоструйного руля близка к температуре полного торможения потока и составляет величину порядка трех-четырех Рис. 52. тысяч градусов. Если запуск двнгателя пронзводптся без предварительной ступени, то поверхностный слой графита сильно прогревается, в то время как близлегкап~пй подслой остается холодным. Это приводит к возникновению' напряжений сжатия в поверхностном слое и растягиваюгцих напряя.ений на поверхности раздела между холодныя и нагретым слоями !рис. 53). При высокой хрупкости графпта мо~кет произойти по- Г, верхностное выкрашивание, ч 1 Этому способствует и налпб' чие силового воздействия со стороны потока. Ри. 53. Температурные напряже- ния не являются единственными в своем роде. Очевидно, что всякие напряжения, происхождение которых связано с заданной телу деформацией, должны расцениваться аналогично температурным.

Характеристики

Список файлов книги