Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Концентрация напряжений.
|
|
Явление резкого увеличения напряжений вблизи особенностей поверхности называется концентрацией напряжений, а сами особенности поверхности – концентраторами напряжений.
распределение напряжений в стержне без концентратора
sк – напряжение в вершине концентратора
то же с концентратором
Особенности поверхности
дефекты поверхности детали: трещины, острые углы, надрезы;
дефекты материала: поры, шлаковые включения, неслитины, трещины и т.д., в том числе и в сварных соединениях;
изменения формы элемента конструкции: резкое или по радиусу изменение формы или размеров сечения, шпоночные пазы, резьба, сварные или заклепочные соединения, отверстия и т.п.
Концентраторы напряжений значительно повышают локальные (местные) напряжения, что иногда приводит к аварийным разрушениям конструкций при их эксплуатации:
разрушения мостов, корпусов кораблей и самолетов;
котлов, трубопроводов, атомных реакторов и т.д.
Очень важна при этом температура эксплуатации, особенно, если она низкая.
Чувствительность к надрезу и трещине при статическом нагружении
Трещина: нарушение сплошности материала
Надрез: резкое изменение площади сечения.
Различия:
Надрезы могут быть созданы практически любой формы.
Например,
обеспечивающие осесимметричное нагружение:
Развитие трещины всегда сопровождается изгибом:
Надрез: является концентратором напряжений как при растяжении, так и при сжатии.
Трещина: при сжатии берега ее смыкаются.
Она передает сжимающие напряжения как сплошной материал.
Трещину иногда рассматривают как очень узкий и острый надрез.
Особенно чувствительны к трещине высокопрочные материалы:
при изгибе образца с трещиной длиной ~ 1 мм предел прочности может снижаться до 0, 25 предела прочности при растяжении гладкого образца.
Трещина, перпендикулярная растягивающему усилию, является самой опасной.
Самый опасный дефект C, т.к. он расположен в околошовной зоне перпендикулярно растягивающим напряжениям.
4. Модель тела с трещиной. Виды разрушения.
__________________________________________________________________________________
В механике разрушения изучается несущая способность нагруженного тела с трещиной и процесс его разрушения.
Основной объект исследования в механике разрушения – различные дефекты.
Чаще всего они являются причиной разрушения.
Их принято называть «трещина».
Разрушение чаще всего инициируется и начинается с трещины или трещиноподобного дефекта.
Очевидно, что бездефектных материалов практически не существует, а полная ликвидация технологических трещин экономически нерентабельна.
До 40-х годов XX века считалось, что разрушение материала или конструкции происходит мгновенно, т.е. трещина появляется на последних «минутах жизни» сооружения, завершая процесс разрушения.
В дальнейшем было установлено, что трещина развивается за достаточно большой промежуток времени, предшествующий разрушению.
Развитие трещины является главной формой проявления разрушения.
Ее развитие не сопровождается большими деформациями в объеме всего тела.
Дефекты (в частности трещины) являются концентраторами напряжений – с них чаще всего начинается процесс разрушения.
Напомним (см. 5.7): явление резкого увеличения напряжений вблизи особенностей поверхности называется концентрацией напряжений, а сами особенности поверхности – концентраторами напряжений.
Трещины – препятствие на пути силовых линий.
Согласно решению теории упругости
для предельного концентратора, такого как трещина,
максимальное напряжение стремится к бесконечности.
Конструкционные материалы не идеально упругие: они получают пластические деформации – микроструктурные деформации в вершине трещины.
Реальные значения напряжений, поэтому ниже.
Трещина в своем развитии проходит
три стадии:
зарождение, рост и распространение.
При этом она может находиться в одном из двух состояний:
– устойчивом (равновесном). Это значит, что при квазистатическом (условно статическом) увеличении нагрузки трещина переходит из одного устойчивого состояния в другое;
– неустойчивом (неравновесном). При малейшем увеличении нагрузки начинается очень быстрое развитие трещины вплоть до полного разрушения тела.
Самые опасные дефекты перпендикулярны растягивающим напряжениям в материале.
Фронт трещины аппроксимируют эллипсом или окружностью.
Трехмерные дефекты могут быть заменены проекцией на плоскость, перпендикулярную растягивающим напряжениям.
Поверхностный дефект более опасный, чем внутренний дефект с такими же размерами.
Неразрушающими методами контроля легче выявить поверхностные дефекты, чем внутренние поры.
