Феодосьев В.И. - Десять лекций-бесед по сопротивлению материалов (1113498), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

На очищенную и протравленную поверхность металла для определения напряжений направляется пучек рентге- Рис. 62 101 новского монохроматического излученпя ~рис. 61). Как показывает опьп, на небольшом ос,вещенном круге диаметром 1,5 —:2 мл~ всегда имеется достаточное количество таким образом ориентированных кристалликов, что определенные их плоскости связаны с параметрами падающего луча соотноше- //е/5ерхиеппь нием Брегга. Отрая1енные лучи образуют кониче- „„,~ лФ скую поверхность с углом , ,еФ ~)фФ щ~х .' при вершине, равным -- ~ да Фф;~/,,~~:/е 360 — 4д (рис.

И). Если на их пути расположить ' д фотографическую пленку, то на ней получится круг радиуса Ь. Измеряя Размеры а и Й, можно опре- ф делить угол О. Далее из соотношения Брегга определяетсн величина д„поскольку и и Х известны. Эту величину следует сопоставить с размером Ир невнвряженной решетки и по разности д — цр найти напряжение. При наличии напряжений первого рода все кристаллы деформируютсн примерно одинаково.

Прп этом изменяется угол д. Наличие напрягкений второго рода проявляется на разных кристаллах по-разному. Следовательно, угол д для соседних кристаллов л будет различным. Это сказывается на том, что затем- / ненная полоса на пленке 1'~ ф~!'!'!(1~ расширнетсн. На рис.

62 показано изменение плотности выделившегося на пленке серебра, Кривой 1 соответствует меньший, а кривой 2 — больший уровень напряжений второго рода Численную оценку этим напрнжениям мо/кно дать на основе микрофотометрировапия полученной на пленке затемненной полосы. При наличии напряжений третьего рода нарушается Регулярность расположения атомов в кристаллической' Решет~в. Кристаллы частично теряют способносз ь отражать рентгеновские лучи. Следовательно, напрян;ения третьего рода обнаруживаются по ослаблению отраженного пучка.

Напряжения второго и третьего рода являются чисто структурными и зависят от предварительной механической и термической обработки металла. По своей абсолютной величине они могут быть весьма существенными и поэтому уже при приложении сравнительно небольших внешних спл в образце возможно возникновение не только местных пластических деформаций, но и образование отдельных микротрещин, Последние, впрочем, могут присутствовать, как некоторая структурная особенность, и помимо приложения внешних сил. Образование местных пластических деформаций на начальной стадии нагружения обнаружить при помощи тензометров, естественно, нельзя. Оно фиксируется средствами тонкого физического эксперимента, основанного на замере изменения электрических потенциалов. Процесс имеет несомненную аналогию с возникновением необратимых сдвигов в земной коре, которые не обнаруживаются геодезическими замерами, но фиксируются сейсмическими приборами. С ростом внешних нагрузок число очагов пластической деформации и микротрещин возрастает, и в предельном состоянии этот процесс приобретает лавинный характер.

Для циклического нагружения образование пластических деформаций во всем объеме образца не является характерным. Возникает только местная пластическая деформация. При малых амплитудах напряжений она стабилизируется; при достаточно больших — происходит накопление пластических деформаций, нарушение межкрпсталлических связей и разрушение кристаллов, что является предпосылкой к ооразованию макротрещин. Структурные процессы, протекающие при циклическом нагружении в металле, находят свое отражение в так называемом внутреннем трении.

В процессе колебаний в упругом теле имеет место рассеяние энергии, которое определяется по величине затухания. Можно предположить, что рассеяние энергии при колебаниях и усталостное разрушение являются следствием одних и тех же структурных пластических деформаций. В связи с этим возникло предложение использовать рассеяние энергии эа один цикл как показатель усталостной прочности. 102 Такое предложение является весьма заманчивым. Если бы удалось установить однозначное соответствие между рассеянием энергии и пределом усталости, можно было бы в ряде случаев избежать громоздких испытаний, связанных с определением усталостных характеристик. Показатель рассеяния энергии использовался бы в этом случае как показатель выносливости, подобно пробе по Роквеллу, которая используется на производстве в качестве показателя прочности, В течение длительного времени это предложение имело много последователей.

В качестве показателя рассеяния предлагалось ваять ширину петли гистерезиса в диаграмме «нагрузка — разгрузка». Показатель этот получил даже специальное название «циклической вязкости». Такой подход, однако, не оправдывается нипростыми соображениями, ни прямыми экспериментами. Рассеяние энергии за один цикл определяется средним уровнем локальных пластических деформаций или, вообще говоря, структурных особенностей во всем объеме образца.

Образование же усталостной трещины обусловлено не средним, а максимальным значением местных деформаций и только при неблагоприятном сочетании структурных дефектов. Таким образом, показатель циклической вязкости не обладает преимуществами по сравнению с оценкой по напряжениям первого рода. И напряжения первого рода, и рассеяние энергии являются лишь показателями среднего состояния. Они являются характеристикой того общего фона, на котором с большей или мень|пей вероятностью возможно образование усталостной трещины. Но дело не только в этом. Можно поставить прямые эксперименты по определению рассеянной за один цикл энергпи, а по ней определить ширину петли гистерезиса. Постановок таких опытов связана с созданием специальных установка и является достаточно сложной.

Но работ в этом направлении уже проведено много. И вот что выяснилось. Ширина петли гистерезиса с увеличением амплитуды цикла возрастает. Эта зависимость является монотонной и в области амплитуд напряжений, близких к пределу усталости, никаких особенностей не имеет. Следовательно, для каждого материала циклическая вязкость, соответствующая пределу усталости, мо кет быть установлена лишь после того как найден сам предел усталости.

Но тогда не юз видно побудительных мотивов к тому, чтобы вводить новую характеристику. Мало того, Ширина петли гистерезиса и амплитуда цикла не имеют однозначного соответствия. На первых циклах рассеяние энергии сравнительно болыпое.Затем оно постепенно уменьшается. Происходит, как гоиорят, тренировка образца, Это явление хорошо известно и используется для улучшения характеристики упругих элементов измерительных приборов. Для этого упругий элемент подвергается операции искусственного старения, т. е.

длительному воздействию периодически изменяющейся нагрузки. Понятно, что аффект старения не только создает трудности в определении циклической вязкости, В конечном итоге он указывает на то, что гистерезис и усталостное разрушение не могут рассматриваться как следствие одних и тех же структурных особенностей материала. Естественно, что циклическая вязкость не нашла применения ни в практических расчетах, ни в вопросах теории. Направление дальнейших поисков в области усталости не ясно.

Здесь легче подвергнуть критике любое направленпе, чем внести новые предложения, сулящие .заметное продвижение вперед. Однако заслуживает внимания еще одна концепция. Усталостное разрушение предсгавляет собой процесс, состоящий из двух фаз. Это — образование заметной макротрещины, а затем ее дальнейшее развитие до полного разрушения образца. Протекание первой фазы связано со структурными особенностями материала, состоянием поверхности и амплитудой цикла. Во второй фазе сохраняется влияние структурных особенностей и амплитуды цикла, но вступают в силу новые факторы, такие, как размеры и форма образца и законы распределения напряжений по его объему.

Естественно, возникает мысль, не следует ли изучать эти процессы раздельно и тем самым, хотя бы частично, освободиться от наложения влияний многих факторов' и провести более точную границу между свойствами материала и свойствами образца. Для этого прежде всего нужно ио время испытания фиксировать момент образования макротрещин. В принципе это возможно. Одним из способов является испытание образца в условиях резонансного режима.

Возникновение заметной трещины обнаруживается по изменению частоты собственных колебаний. В целом такой подход надо считать правильным, по возникают трудности в связи с необходимостью большей перестройки лабораторной техники. Речь идет не только о создании и отладке достаточного числа новых испытательных машин.

Необходимы изменения организационно-производственного характера, поднимаютцие технику испытаний на более высокую ступень. Процесс этот сложный и длительный, и на большие достижения в ближайшем будущем рассчитывать не приходится. А главное, по-прежнему остается неясной степень правомерности перехода от испытания образцов к расчету сложной конструкции. Поэтому для оперативного решения ответственных практических задач необходимы иные пути. И здесь мы вплотную подходим к натурным испытаниям. Сейчас в авиации, в двигателестроении, а в последнее время и в судостроении илтенно так вопрос и ставится. Решение идет по нескольким направлениям.

Характеристики

Список файлов книги