1626435462-e957c8b7a8e4003fe3539e4e0e465a65 (844208), страница 9
Текст из файла (страница 9)
2.4, а), на раздир (рис. 2.4, б ), на отрыв от клеевого слоя (рис. 2.4, в), на штампуемость круговой лункой (рис. 2.4, г). Все эти испытания, несмотря на определенную условность получаемых результатов, позволяют получитьоценочные характеристики материала, применяемые для разработки и оптимизации технологий или для контроля качества изделий.2.2.Испытания на ползучесть, длительную прочность ирелаксациюСуществуют испытания, не являющиеся динамическими, так как проходят при постоянном значении напряжения или деформации, однако учитывающие влияние временина процессы, проходящие в материале, – это испытания на ползучесть, длительную прочность и релаксацию.Ползучестью называют явление нарастающих деформаций при длительном действии статических напряжений.
Типичная кривая ползучести (рис. 2.5, а) состоит из трехучастков: 1) неустановившаяся ползучесть (скорость деформирования убывает); 2) установившаяся ползучесть (скорость деформирования постоянна); 3) разупрочнение (скорость2.3.. Усталостные испытания31баes312ttРис.
2.5. Кривые ползучести (а) и релаксации (б )деформирования возрастает) – фактически этап развивающегося разрушения. Вид кривой зависит от материала, напряжения и температуры. Из таких испытаний определяетсяпредел ползучести – напряжение, необходимое при заданной температуре для достижениязаданной деформации за заданное время.Испытания на длительную прочность отличаются от испытаний на ползучесть только определяемой характеристикой – пределом длительной прочности, который представляет собой напряжение, приводящее при заданной температуре к разрушению образца зазаданное время.Релаксацией напряжений называют уменьшение напряжений в материале при постоянной температуре и деформации.
Этот процесс вызван перераспределением дефектовкристаллической решетки с целью достижения минимума энергии. Типичный график релаксации имеет вид, приведенный на рис. 2.5, б. Релаксация, т. е. изменение напряжения,описывается уравнением вида:∆σ = C1 ln(1 + C2 t),(2.10)где t – время, а C1 , C2 – экспериментальные константы. Определение релаксации полезнодля нахождения остаточных напряжений в материале.
К тому же, увеличение релаксацииговорит о возрастающей поврежденности материала.2.3.Усталостные испытанияМногие конструкции в процессе эксплуатации подвержены нагружению, периодически изменяющемуся со временем. Такое нагружение приводит к постепенному накоплениюповреждений в материале, следствием этого может стать разрушение даже при нагрузках,значительно меньших предела прочности или текучести. Это явление связано с неоднородностью структуры материала, из-за которой при общем упругом состоянии всегда имеютсямикроскопические области локализованных пластических деформаций или микротрещины.
Особенно это актуально для элементов конструкций, подверженных вибрациям: деталей двигателей, турбин, летательных аппаратов и пр., хотя может иметь значения идля конструкций с гораздо более низкой скоростью повторяющегося изменения нагрузки,например мостов, подъемных кранов или шасси самолетов, периодически выдерживающих большую ударную нагрузку при приземлении. Нагружение такого вида называютциклическим нагружением, а процесс накопления повреждений – усталостью материала. Совокупность последовательных значений напряжения за один период их измененияназывают циклом и характеризуют минимальным σmin , максимальным σmax , средним σmи амплитудным σa напряжениями (рис. 2.6, а).
Эти напряжения связаны следующими32Глава 2. Основы экспериментальных методов механики . . .баssa1smaxsa2smN0sRsmin3t834567210 10 10 10 10 10 10 10NРис. 2.6. Кривая циклического нагружения (а) и кривая Вёллера (б )соотношениями:σmax = σm + σa ,σmin = σm − σa .(2.11)Цикл может быть как знакопостоянным (максимальное и минимальное напряжения являются оба либо сжимающими, либо растягивающими, либо одно из них равно нулю), таки знакопеременным (чередование напряжений растяжения и сжатия).Способность материалов сопротивляться разрушению при повторно-переменных нагружениях называют выносливостью. Для получения некоторых величин, характеризующих выносливость материала, проводят серию экспериментов по циклическому нагружению одинаковых образцов при разных амплитудных напряжениях до разрушения илидо достижения числом циклов N некоторого заданного значения.
По результатам этихиспытаний строят кривую Вёллера (рис. 2.6, б ), каждая точка которой ставит в соответствие значению σa число циклов, необходимое для разрушения при таком амплитудномнапряжении. Кривую можно разделить на три характерных участка: 1) малоцикловаяусталость (максимальное напряжение превышает предел текучести); 2) ограниченная долговечность; 3) неограниченная долговечность (разрушение при таких амплитудных напряжениях практически не происходит).У некоторых материалов кривая Вёллера имеет горизонтальную асимптоту. Соответствующее ей напряжение σR называют пределом выносливости. Если асимптоты нет икривая в пределе стремится к оси абсцисс, используют понятие предел ограниченной выносливости, под которым понимают напряжение, соответствующее некоторому заданномучислу циклов N0 , определенному практическими соображениями использования материала.2.4.Модельные и натурные экспериментыВсе приведенные выше виды экспериментов имеют целью получение некоторых констант исследуемого материала, и в этих экспериментах число действующих факторов сводится к минимуму.
Однако бывают ситуации, когда необходимо исследовать совокупностьвлияния на объект нескольких факторов одновременно. Это, например, может быть вслучае исследования некоторых процессов, проходящих в области локализации пластических деформаций; объектов, находящихся в сложном напряженном состоянии; испытания новых конструкционных элементов или при контроле качества и состояния сложныхконструкций. В этом случае количество действующих факторов диктуется конкретнымиусловиями работы объекта и может либо учитываться полностью (при проведении натурного эксперимента), либо частично ограничиваться с внесением неизбежной погрешностидо тех пор, пока уровень этой погрешности остается в допустимых пределах (при прове-2.5.. Методы измерения деформаций и напряжений33дении модельных экспериментов).Эксперимент является натурным, если он проводится на самом объекте исследования без замены его моделью, как, например, краш-тесты автомобилей, испытание корпусов самолетов на силовых стендах и в аэродинамических трубах или пассивный контрольсостояния конструкций, находящихся непосредственно в состоянии эксплуатации.
Такиеэксперименты позволяют получить наиболее полное представление о реакции объекта нанагружение, однако они в большинстве случаев очень дороги и сложны.Эксперимент является модельным, если он проводится на модели, в той или иноймере подобной натурному объекту. Одним из вариантов модели является просто уменьшенная копия большого объекта. Ее легче и дешевле сделать, удобнее нагружать и контролировать. Однако у такого моделирования есть свои ограничения. Так, например, припропорциональном уменьшении линейных размеров вдвое объем (а с ним и объемные силы) уменьшается в восемь раз, а площадь поперечного сечения – в четыре, так что напряжения, создаваемые объемными силами, уменьшаются вдвое.
Это делает некорректнымпростое масштабное моделирование в случае, когда объемные силы играют в деформировании и разрушении объекта существенную роль, т. е., либо когда объект велик (например,строительные конструкции), либо когда он испытывает большие ускорения. Масштабныйэффект заметно проявляется в материалах с многомасштабной неоднородностью, как,например, в горных породах, когда предел прочности образца небольшого размера вышепредела прочности образца большого размера из-за уменьшения возможности присутствияв нем крупных дефектов. Другим вариантом модели является упрощенная конструкция,в которой сохранены наиболее опасные с точки зрения возможного разрушения элементы, а остальные либо устранены вовсе, либо заменены некоторым усредненным внешнимвоздействием.
Используется также такой прием как изготовление моделей металлическихэлементов конструкций из прозрачных материалов, характер деформирования или разрушения которых в некоторой степени может считаться подобным поведению моделируемогоматериала. Такие модели позволяют наблюдать за развитием внутренних трещин и измерять внутренние напряжения.2.5.2.5.1.Методы измерения деформаций и напряженийТензометрические методыВ большинстве механических экспериментов измеряемыми величинами, на основекоторых определяются все остальные величины, являются приложенная сила и вызванная ей деформация тела.
В том случае, когда поле деформаций однородно, как, например,в экспериментах по определению механических характеристик материала, используютсятензометрические методы измерения деформаций, сводящиеся к определению относительного удлинения некоторого отрезка, начальную длину которого называют базой измерения. Для этого могут использоваться экстензометры либо электрические тензодатчики сопротивления (тензорезисторы).Экстензометр представляет собой прибор, который следит за относительным перемещением двух точек на поверхности образца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
