Реферати українською » Физика » Втомну міцність матеріалів


Реферат Втомну міцність матеріалів

Запровадження

Для успішного вивчення матеріальної частини техніки військ РХБ захисту необхідні глибокі знання загальнотехнічних дисциплін. Багато деталей машин процесі експлуатації піддаються циклічним напругам. Тому курсанти повинен мати уявлення про параметрах і видах циклів напруг, явище і межі витривалості.

Тому матеріал даної лекції має значення. Мета цієї лекції дати курсантам основні терміни та засобами визначення, пов'язані з циклічними напругами, вивчити питання розрахунку елементів конструкцій на міцність при даному виді навантаження.


1. Поняття циклічних напругах. Параметри й ті види циклів напруг

До динамічним навантажень, попри відсутність значних інерційних сил, можна віднести періодичні багаторазово повторювані (циклічні) навантаження, які діють елементи конструкції. Такі навантаження притаманні більшості машинобудівних конструкцій, як-от осі, вали, штоки, пружини, шатуни тощо.

Міцність матеріалів приповторно-переменномнагружении великою мірою залежить від характеру зміни напруг у часі.

Періодична навантаження – змінна навантаження з які встановилися у часі характером зміни, важливості якої повторюються через період (період) часу.

Цикл напруг – сукупність всіх значень змінних напруг під час одного періоду зміни навантаження.

Зазвичай цикл напруг характеризується двома основними параметрами циклу: і - максимальним і мінімальним напругами циклу.

Середнє напруга циклу .

>Амплитудное напруга циклу .

Коефіцієнт асиметрії циклу напруг .

Залежно від величини перелічених характеристик цикли напруг може бути підрозділені ми такі основні види:

>Симметричний цикл – максимальне і мінімальну напруги рівні по абсолютну величину і протилежні за сигналом , R = -1.

>Асимметричний цикл – максимальне і мінімальну напруги нерівні по абсолютну величину , у своїй асиметричний цикл то, можливознакопеременним чизнакопостоянним.

>Знакопеременний цикл – максимальне і мінімальну напруги нерівні по абсолютну величину і протилежні за сигналом , , .

>Знакопостоянний цикл – максимальне і мінімальну напруги нерівні по абсолютну величину і всі мають однакову знак , , .

>Отнулевой (пульсуючий) цикл – максимальне чи мінімальне напруги рівні нулю чи , чи .

2. Явище втоми. Крива втоми. Межа витривалості

Практика показує, навантаження, циклічноизменяющиеся у часі за величиною чи з величині і з знаку, можуть призвести до руйнації конструкції при напругах, істотно менших, ніж межа плинності (чи межа міцності). Таке руйнація прийнято називати «>усталостним». Матеріал хіба що «втомлюється» під впливом багатократних періодичних навантажень.

>Усталостное руйнація – руйнація матеріалу під впливомповторно-переменних напруг.

Втома матеріалу – поступове накопичення ушкоджень у вихідному матеріалі під впливом змінних напруг, що призводять до освіті тріщин у вихідному матеріалі і руйнації.

>Виносливость – здатність матеріалу опиратисяусталостному руйнації.

Фізичні причиниусталостного руйнації матеріалів досить складні, і ще остаточно вивчені. Однією з основних причинусталостного руйнації прийнято вважати створення й розвиток тріщин.

Механізмусталостного руйнації багато в чому пов'язані з неоднорідністю реальної структури матеріалів (відмінність розмірів, обрисів, орієнтації сусідніх зерен металу; наявність різних включень – шлаків, домішок; дефекти кристалічною грати, дефекти поверхні матеріалу – подряпини, корозія тощо. буд.). У зв'язку з зазначеної неоднорідністю при змінних напругах межах окремих включень і поблизу мікроскопічних порожнин і різних дефектів виникає концентрація напруг, що призводить домикропластическим деформаціям зсуву деяких зерен металу, у своїй лежить на поверхні зерен можуть з'являтися смуги ковзання, і нагромадженню зрушень, яке сприймається деяких матеріалах проявляється у вигляді мікроскопічних горбочків івпадинок –екструзий іинтрузий. Потім відбувається розвиток зрушень на мікротріщини, їх зростання і злиття; на останньому етапі з'являється одна чи кількамакротрещин, що досить інтенсивно розвивається (зростає). Краї тріщини під впливом перемінної навантаження притираються друг про одного й тому зона зростання тріщини відрізняється гладкою (полірованої) поверхнею. В міру зростання тріщини поперечне перетин деталі дедалі більше послаблюється, і, нарешті, відбувається раптове крихке руйнація деталі, у своїй зона тендітногодолома маєгрубозернистую кристалічну структуру, як із крихкому руйнуванні.

Крива втоми (криваВеллера) будується виходячи з результатівусталостних випробувань за симетричного циклі. Вона показує, що зі збільшенням числа циклу максимальне напруга, коли відбувається руйнація матеріалу, значно зменшується. У цьому багатьом матеріалів, наприкладуглеродистой стали, можна встановити таке найбільше напруга циклу, у якому зразок не руйнується після будь-якого числа циклів (горизонтальний ділянку діаграми), зване межею витривалості ().

Межа витривалості (втоми) – найбільше (граничне) напруга циклу, у якому немаєусталостного руйнації зразка після довільно значної частини циклів.

Оскільки випробування не можна проводити нескінченно велике час, то число циклів обмежують деяким межею, яку називають базовим числом циклів. І тут, якщо зразок витримує базове число циклів (для чорних металів – N = 107), то вважається, що напруження як у ньому вище краю витривалості.

Криві втоми для кольорових металів немає горизонтальних ділянок, для них за базове число циклів збільшується до N = 108 і встановлюється межа обмеженою витривалості.

У реальних конструкціях переважна більшість деталей працює приассиметричномнагружении.

Діаграма граничних напруг (діаграма Сміта) будується, принаймні, за трьома режимам навантаження (за трьома точкам), кожного з яких визначають межа витривалості.

Перший режим (точка 1) – звичайний симетричний цикл навантаження (, , , ).

Другий режим (точка 2) – асиметричний цикл навантаження, зазвичай,отнулевой (, , , ).

Третій режим (точка 3) – просте статична розтягнення (, ).

Отримані точки з'єднують плавної лінією, ординати точок якої відповідають меж витривалості матеріалу що за різних значеннях коефіцієнта асиметрії циклу.

Промінь, що проходить під кутом через початок координат діаграми граничних напруг, характеризує цикли з коефіцієнтом асиметрії R:


.

Діаграма граничних амплітуд (діаграма Хейга) будується в координатах: середнє напруга циклу – амплітуда циклу (малюнок 7). У цьому на її побудови необхідно провестиусталостние випробування як і мінімум до трьох режимів: 1 – симетричний цикл; 2 –отнулевой цикл; 3 – статична розтягнення.

Поєднуючи отримані точки плавній кривій, отримують графік, що характеризує залежність між значеннями граничних амплітуд і значеннями граничних середніх напруг у циклі.

Крім властивостей матеріалу, наусталостную міцність впливають такі чинники: 1) наявність концентраторів напруг; 2) масштабний чинник, тобто вплив абсолютних розмірів деталі (що більше розміри деталі, тим нижчеусталостная міцність); 3) якість обробки поверхні (із зменшенням шорсткості поверхні деталі зростаєусталостная міцність); 4) експлуатаційні чинники (температура, корозія, частота навантаження, радіаційне опромінення тощо.); 5) наявність поверхневого шару,упрочненного різними технологічними методами.

напруга втома крива міцність

3. Розрахунок на міцність при циклічних напругах

Розрахунок на міцність при циклічних напругах починають із побудови діаграмиусталостной міцності (часто, для простоти міркувань граничну лінію подають як прямий) і показують у ньому робочу точку М циклу у разі, якщо аналізований елемент відчуває лише проста розтягнення і стиснення.

Розглянемо всі ті цикли, робочі точки яких вмостилися в одній прямий, й у яких справедливо виразs>=>s>m>tga. Тоді .

Отже, можна дійти невтішного висновку у тому, що всі ці цикли лежать в одній прямий. Тоді, під запасомусталостной міцності усвідомимо ставлення відрізка >ON до відтинку >OM: , де точка M відповідає чинному циклу, а точка N виходить внаслідок перетину граничною прямий і продовження відрізка >OM.

Для визначення (тобто. у кризовій ситуації, коли діють лише нормальні напруги) в інженерної практиці застосовуються як графічний, і аналітичний способи. При графічному способі виключно за масштабу будується діаграма граничних напруг у системі координат. Далі, в цій діаграмі наноситься робоча точка й ставлення величин відрізківON і >OM. Для визначення розрахункових залежностей для скористаємося умовою подоби трикутників >OND і >OMK й одержимо:

.

Отриманий коефіцієнт запасу відповідає ідеальному зразком. Реальна само одержувати його величина залежить, як вище, від геометрії, ж розмірів та стану поверхні зразка, врахованих коефіцієнтами До1, відповідно. І тому необхідно межа втоми за симетричногонагружении зменшити в один чи, що те ж саме, амплітудний напруга циклу збільшити раз. Тоді

,


де .

Так можна отримати співвідношенняусталостной міці й при чистому зсуві. Експерименти показують, що діаграмаусталостной міцності для зсуву різний від прямий лінії, властивої простому розтяганню (стиску), і має вигляд кривою. У першому наближенні цю криву в координатних вісях a, >m можна як двох похилих, як і зображено малюнку 9. Причому, якщо одне з них (близька до осі ординат) відповідає руйнації зразка внаслідокусталостних явищ, то інша через наступу пластичного стану.

У разі розрахункова формула для записується як

,

де емпірична величина, певна з урахуванням обробки експериментальних даних.

При складному напруженому стані, тобто. тоді як робочої точці при дії зовнішніх навантажень одночасно виникають і нормальні, ікасательние напруги, для обчислення nR застосовується наступна наближена формула:

,

де nR шуканий коефіцієнт запасуусталостной міцності;

 коефіцієнт запасуусталостной міцності в припущенні, щокасательние напруги у робітничій точці відсутні;

  коефіцієнт запасу міцності по втоми при припущенні, що у робочої точці нормальні напруги відсутні.

Резюмуючи, зауважимо, що фізичні основи теорії твердого тіла не досить розвинені, багато передумови сучасної теоріїусталостной міцності базуються на емпіричну основі. Відсутність твердих передумов теоретично витривалості в сучасному вигляді позбавляє її потрібної суворості. Оскільки отримані емпіричні залежності є універсальними, самі результати розрахунків є досить наближеними. Проте, вказані наближення виявляються припустимими на вирішення інженерних завдань.


Схожі реферати:

Навігація