В. И. Феодосьев - СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ (995486), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

прн температуре 20~С и при сравнительно небольших скоростях изменения нагрузок и удлинений, которые обеспечиваются обычными испытательными машинами. Нормальной скоростью деформации считается Ыс/й = О, 01... 3 мнн Лиапазон температур, в пределах которого реально работают конструкционные материалы, выходит далеко за рамки указанных нормальных условий. Есть конструкции, где материал находится под действием чрезвычайно высоких температур, как, например, в стенках камер воздушно-реактивных и ракетных двигателей.

Имеются конструкции, где, напротив, рабочие температуры оказываются низкими. Это — элементы холодильных установок и резервуары, содержащие жидкие газы. В широких пределах изменяются также и скорости нагруження, н время действия внешних снл. Есть нагрузки, действующие годами, а есть такие, время действия которых исчисляется миллионными долями секунды. Понятно, что в зависимости от указанных обстоятельств механические свойства материалов будут проявляться по-разному. Обобщающий анализ свойств материала с учетом температуры и фактора времени оказывается очень сложным и не укладывается в простые экспериментально полученные кривые, подобные диаграммам растяжения.

Функциональная зависимость между четырьмя параметрами и, а, температурой и временем 1: До, г, $~, г) = О, не является однозначной к содержит дифференциальные и интегральные соотношения входящих в нее величин. Так как в общем виде аналитическое или графическое описание указанной функции дать не удается, то влияние температуры и фактора времени рассматривают в настоящее время применительно к частным классам задач.

Пеленке на классы осуществляют в основном по типу действующих внешних сил. Различают медленно, быстро и весьма быстро изменяющиеся нагрузки. Основными нагрузками, изучаемыми в сопротивлении ма териалов, являются медленно изменяющиеся, или статические. Скорость изменения этих нагрузок во времени настолько мала, что кинетическая энергия, которую получают перемещающиеся частицы деформируемого тела, составляет ничтожно малую долю от работы внешних сил. Иначе говоря, работа внешних сил преобразуется только в упругую потенциальную энергию, а также в необратимую тепловую энергию, связанную с пластическими деформациями тела. Испытание материалов в так называемых нормальных условиях происходит под действием статических нагрузок. Если вести испытания на растяжение при различных температурах образца, оставаясь в пределах нормальных скоростей деформации (пг/Н1 = 0,01...

3 мин 1), то можно в апре- деленном интервале получить завискмость механических характеристик от температуры. Эта зависимость обусловлена температурным изменением внутрикристаллических и межкристаллических связей, а в некоторых случаях и структурными изменениями материала. , 1Х у Ж М уж 4ра'С Рис. 1.47 На рис. 1.47 показана зависимость от температуры модуля упругости Е, предела текучести ат ю временного сопротивления нар и удлинения при разрыве 6 для малоуглеродистой стали в интервале 0... 500 оС.

Как видно из приведенных кривых, мопуль упругости в пределах 0... 300~С практически не меняется. Более существенные изменения претерпевают оя р и е, причем имеет место, как говорят, "охрупчивание" стали— удлинение при разрыве уменьшается.

При дальнейшем увеличении температуры пластические свойства стали восстанавливаются, а прочностные показатели быстро падают. Явление "охрупчивания" при повышенных температурах свойственно в основном малоуглеродистой стали. Легированные стали и пветные сплавы при повышении температуры обнаруживают большей частью монотонное возрастание б и такое же монотонное снижение ~тт р и п„р. На рис. 1.48 показаны соответствующие кривые для хромомарганпевой стали марки ЗОХГСА. Чем выше температура, тем труднее определить механические характеристики материала. Происходит это не только потому, что возрастают сложности в технике эксперимента, но также вследствке того, что сами характеристики становятся Ф, МЛа глю ПЯ /ЯУ ИЯ яш 7Я яр лю Ж Рнс.

1.46 менее определенными. При статическом нагружении, начинал с некоторых значений температур, резко сказывается фактор времени Пля одних материалов зто происходит прн более низких, для других — при более высоких температурах. Влияние фактора времени обнаруживается и прк нормальных температурах. Однако для металлов его влиянием можно пренебречь. Лля некоторых же органических материалов даже при низких температурах скорость нагружения сушественно сказывается на определяемых характеристиках. Изменение во времени деформаций и напряжений, возникающих в нагруженной детали, носит название полэучести. Частным проявлением ползучестн является рост необратимых деформаций при постоянном напряжении.

Это явление носит название послсдеес~пвня. Наглядной иллюстрацией последействня может служить наблюдаемое увеличение размеров писка и лопаток газовой турбины, находящихся под воздействием больших центробежных сил и высоких температур. Это увеличение размеров необратимо и проявляется обычно после многих часов работы двигателя. Пругим частным проявлением свойств ползучести является релаксацию — самопроизвольное изменение во времени напряжений прн неизменной деформации. Релаксацию можно наблюдать, в частности, на примере ослабления затяжки болтовых соединений, работаюшнх в условиях высоких температур. Наиболее просто исследовать явление последействия. Если нагрузить образец постоянно действующей силой (рис.

1.49) н следить за изменением его длины в условиях фиксированной температуры, можно получить диаграммы последействия (рис. 1.50), дающие зависямость деформации от времени при различных значениях напряжения о. Как винно 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 плошади сечения. При более высоких температурах изменение деформаций во времени происходит быстрее.

Лля данного материала можно при помощи методов теории ползучести перестроить диаграммы последействия в диаграммы релаксации. Последние, впрочем, можно получить н экспериментально. Зля этого, правда, требуется более сложная аппаратура, так как необходимо, сохраняя удлинение образца, замерять изменения растягивающей силы. Вид диаграмм релаксации, дающих зависимость напряжения от времени, представлен на рис. 1,51. Основными механическими характеристиками материала в условиях ползучести являются предел длительной прочности и предел ползучести.

Пределом длительной прочностпи называется отношение нагрузки, при которой происходит разрушение растянутого 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 изменяется 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 оолзучесшо 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 они, очевидно, уменьшаются. ве Среди различных тинов статических нагрузок особое место занимают периодически изменяющиеся, или циклические, нагрузки. Вопросы прочности материалов в условиях таких нагрузок составляют содержание специального раздела сопротивления материалов и связываются с понятиями выносливости, или устпалосши, материала. Эти вопросы будут рассмотрены подробно в гл.

12. После статических рассмотрим класс быстро изменяющихся, или динамических, нагрузок. В оценке этих нагрузок существуют два подхода. С одной стороны, нагрузка считается быстро изменяющейся, если она вызывает заметные скорости деформации частиц 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 пеформаций.

Нагрузку может рассматривать как быстро изменяющуюся, если за время нагружения тела пластические деформации не успевают полностью реализоваться. Это заметно сказывается на характере наблюдаемых зависимастей между деформациями и напряжениями. Первый критерий в опенке быстро изменяющихся нагрузок используют в основном при анализе вопросов колебаний упругих тел, второй — при изучении механических свойств материалов в связи с процессами быстрого деформирования. Поскольку при быстром нагружении пластические деформации не успевают полностью реализоваться, материал с увеличением скорости деформации становится более хрупким и б уменьшается. Так как скольжение частиц образца по наклонным площадкам затруднено, должна несколько увеличиться разрушающал нагрузка. Сказанное можно проиллюстрировать, сопоставив диаграммы растяжения при медленно и быстро изменяющихся нагрузках (рнс.

1.52). Поскольку при быстром нагружении развитие пластических деформаций затруднено, главенствующим механизмом разрушения охвзывается развитие трещин. В этом случае материал очень чувствителен к местному повышению напряжения. Это позволяет создать специальный метод испытания 4 в. и. Феяасьев материала на чувствительность к хрупкому разрушению — так называемое испытание на ударную вязкость.

Характеристики

Список файлов книги