Феодосьев В.И. Сопротивление материалов 1986 г. (1240839), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Релаксацию можно наблюдать. в частности, на примере ослабления затяжки болтовых соединений, работающих в условиях высоких температур. Наиболее просто исследуется явление последействпя. Если нагрузить образец постоянно действующей силой (рнс. 64) и следить за изменением его длины в условиях фиксированной температуры, можно получить диаграммы последействия (рис. 65), дающие зависимость деформации Рис. 64- от времени при различных значениях напряжения о.

Как видно из этих кривых, нарастание деформаций происходит вначале очень быстро. Затем процесс стабилизируется и деформации увеличиваются с постоянной скоростью. С течением времени на образце, как и при обычном испытании, появляется шейка. Незадолго до разрыва имеет место быстрое возрастание местных деформаций в результате уменьшения площади сечения. При более высоких температурах изменение деформаций во времени происходит более быстро.

Для данного материала можно при помощи методов теории ползучести перестроить диаграммы последействия в диаграммы релаксации. Последние, впрочем, можно получить и экспериментально. Для этого, правда, требуется более сложная аппаратура, так как необходимо, сохраняя удлинение образца, замерять изменения в величине растягивающей силы. Вид диаграмм релаксации, дающих зависимость напряжения от времени, представлен на рис. 66. ГЛ. Ь РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ 82 Основными механическими характеристиками материала в условиях ползучести являются предел длительной прочности и предел ползучести. Пределом длительной прочности называется отношение нагрузки, при которой происходит разрушение растянутого Рис. 65 Рис.

66 образца через заданный промежуток времени, к первоначальной площади сечения. Таким образом, предел длительной прочности зависит от заданного промежутка времени до момента разрушения. Последний выбирается равным сроку службы детали и меняется в пределах от десятков часов до сотен тысяч часов. Соответственно столь широкому диапазону изменения времени меняется и предел длительной прочности. С увеличением времени он, естественно, падает.

Пределом ползучести называется напряжение, при котором пластическая деформация за заданный промежуток времени достигает заданной величины. Как видим, для определения предела ползучести необходимо задать интервал времени (который определяется сроком службы детали) и интервал допустимых деформаций (который определяется условиями эксплуатации детали). Пределы длительной прочности и ползучести сильно зависят от температуры. С увеличением температуры онн, очевидно, уменьШаются. Среди различных типов статических нагрузок особое место занимают периодически изменяющиеся, или ииклические, нагрузки.

Вопросы прочности материалов в условиях таких нагрузок составляют содержание специального раздела сопротивления материалов и связываются с поня- и 18. ВЛИЯНИЕ твмпЕРЛТУРЪ| И ФахтОРЛ ВРЕмЕНи ЕЗ тиямк выносливости или усталости материала. Эти вопросы будут рассмотрены подробно в гл. П. После статических рассмотрим класс быстро изменяющихся, или динамических, нагрузок. К оценке этих нагрузок существуют два подхода. С одной стороны, нагрузка считается быстро изменяющейся, если она вызывает заметные скорости частиц деформируемого тела, причем настолько большие, что суммарная кинетическая энергия движущихся масс составляет уже значительную долю от общей работы внешних сил.

С другой стороны, скорость изменения нагрузки может быть связана со скоростью протекания пластических деформаций. Нагрузка может рассматриваться как быстро изменяющаяся, если за время нагружения тела пластические деформации не успевают образоваться полностью. Это заметно сказывается на характере наблюдаемых зависимостей между деформациями и напряжениями.

Первый критерий в оценке быстро изменяющихся нагрузок используется, в основном, при анализе вопросов колебаний упругих тел, второй — пря изучении механических свойств материалов в связи с процессами быстрого деформирования. Поскольку при быстром нагружении образование пластических деформаций не успевает полностью завершиться,материал с увеличением скорости деформации становится Рис. 67 более хрупким и величина б уменьшается. Так как скольжение частиц образца по наклонным площадкам затруднено, должна несколько увеличиться разрушающая нагрузка.

Сказанное иллюстрируется сопоставлением диаграмм растяжения при медленно и быстро изменяющихся силах (рис. б7). ГЛ. Ь РАСТЯЖЕНИЕ И С1КАТИЕ Поскольку при быстром нагружгнии развитие пластических деформаций затруднено, главенствующим механизмом разрушения оказывается развитие трещин, и материал «обостренно воспринимает» местные повышенные напряжения. Это позволяет создать специальный метод испытания материала на чувствительность к хрупкому разрушению— так называемое испытание на ударную вязкость. Термин достаточно образный. В вязком твердом теле развивающаяся трещина вязнет.

Следовательно, под вязкостью понимается свойство структуры твердого тела задерживать, затруднять, противостоять развитию трещин. Испытание на ударную вязкость заключается в следующем. На образце квадратного сечения 10х 10 делается надрез глубиной 2 мм. Образец укладывается на опоры (рнс. бо) Рис. 68 и по нему со стороны, обратной надрезу, с помощью маятникового копра наносится удар. Разность высот маятника до и после удара позволяет определить энергию, затраченную на разрушение образца. Эта энергия тем больше, чем больше вязкость материала. Сравнительной мерой вязкости служит энергия, отнесенная к площади ослабленного сечения.

Важно отметить, что ударная вязкость с уменьшением температуры падает, что кажется естественным. Но коварство заключается в неравномерности этого падения. Для многих материалов существуют критические низкие температуры, при переходе через которые ударная вязкость скачком уменьшаегся в несколько раз. Некоторые стали, например, проявляют свойство хладоломкости, на которое приходится з га коэфьицивнт заплел обращать особое внимание, в частности, при выборе материалов для сооружейпй и транспортных средств, работающих в арктических условиях. Последним из трех рассматриваемых видов нагрузок являются весьма быстро изменяющиеся во времени нагрузки. Скорость их изменения настолько велика, что работа внешних сил почти полностью переходит в кинетическую энергию движущихся частиц тела, а энергия упругих и пластических деформаций оказывается сравнительно малой.

Весьма быстро изменяющиеся нагрузки возникают при ударе тел, движущихся со скоростями в несколько сотен метров в секунду и выше. С этими нагрузками приходится иметь дело при изучении вопросов бронепробиваемости, при оценке разрушающего действия взрывной волны, при исследования пробивной способности межпланетной пыли, встречающейся на пути космического корабля.

Так как энергия деформации материала в условиях весьма больших скоростей нагружения оказывается сравнительно малой, то свойства материала как твердого тела имеют в данном случае второстепенное значение. На первый план выступают законы движения легко деформируемой (почти жидкой) среды, и особую роль приобретают вопросы физического состояния и физических свойств материала в новых условиях. Таким образом, задачи, связанные с весьма большими скоростями нагружения, выходят за рамки сопротивления материалов и оказываются в сфере вопросов физики. 5 19. Коэффициент запаса В результате испытания на растяжение и сжатие мы получаем основные данные о механических свойствах материала.

Теперь рассмотрим вопрос о том, как использовать полученные результаты испытаний в практических расчетах инженерных конструкций на прочность. Как уже указывалось в й 7, основным и наиболее распространенным является метод расчета по напряжениям. Согласно этому методу расчет на прочность ведется по наибольшему напряжению о,„, возникающему в некоторой точке нагруженной конструкции. Напряжение п,„называется максимальным рабочим напряжением. Оно не должно превышать определенной величины, свойственной данному материалу и условиям работы конструкции. гл, ь Растяжение и сжатие 86 Расчет по напряжениям ведется по схеме ох ивах и где и — некоторое предельное для данного материала напряжение, а п — число, большее единицы, называемое коэффициентом запаса или просто запасом.

Обычно бывает так, что размеры конструкции уже известны и назначены, например, из эксплуатационных соображений или соображений технологичности. Расчет на прочность является поверочным. В этом случае подсчитывается а,х и определяется фактический коэффициент запаса: ос и= —. свах Если этот запас удовлетворяет конструктора, считается, что поверочный расчет дал положительный результат. Когда конструкция находится в стадии проектирования и некоторые характерные размеры должны быть назначены непосредственно из требований прочности, значение и задают заранее.

Искомый размер получают из условия и ,„ ~ [о), где Эта величина называется допускаемььи напряжением. х 0 Рис. 69 Остается решить вопрос, какое напряжение принимать за предельное (о,) и как назначать величину п. Для того чтобы избежать в работающей конструкции образования заметных остаточных деформаций, за величи- $19. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ну пс для пластичных материалов принимается обычно предел текучести. Тогда наибольшее рабочее напряжение составляет и-ю долю от о,р (рис. 69), Коэффициент в этом случае обозначается через и, и называется коэффициентом запаса ис текучести. Для хрупких, а в некоторых случаях н для умеренно пластичных материалов за ос принимается предел прочности а, .

Тогда получаем авр и =— в а Св,аа где и, — коэффициент запаса ио пределу ирочноспш. Как говорилось в з 7, расчет по напряжениям не является единственно возможным. Если расчет ведется по предельной нагрузке, то аналогично может быть введено понятие запаса по предельной нагрузке Рс и= —, Рраб где Рс и Р„, — предельная и рабочая нагрузки. В случае расчета иа жесткость бс и=— где бс н б„р — предельное и рабочее перемещения.

Выбор значения п производится на основе ряда различных соображений, выходящих в большинстве случаев за пределы вопросов, рассматриваемых в курсе сопротивления материалов. Прежде всего, коэффициент запаса не может быть назначен без учета конкретных условий работы рассчитываемой конструкции. Коэффициент и, по существу, определяется практическим опытом создания аналогичных конструкций за прошедшее время и уровнем техники в данный период.

В каждой области техники уже сложились свои традиции, свои требования, свои методы и, наконец, своя специфика расчетов, в соответствии с которыми и назначается коэффициент запаса. Так, например, при проектировании стационарных строительных сооружений, рассчитанных на долгие сроки службы, коэффициенты запаса принимаются довольно большими (и,=2 —:5). В авиационной технике, где на конструкцию накладываются серьезные ограничения по весу, коэффициенты запаса (или так называемые коэффициенты безопасности) определяются по пределу прочности и составляют величины порядка 1,5 —:2. В связи ГЛ.

Характеристики

Список файлов домашнего задания