В.74 Концентрация и релаксация напряжений

Изменение во времени деформаций и напряжений, возникающих в нагруженной детали, носит название ползучести.

Частным проявлением свойств ползучести является релаксация - самопроизвольное изменение во времени напряжений при неизменной деформации. Релаксацию можно наблюдать, в частности, на примере ослабления затяжки болтовых соединений, работающих в условиях высоких температур.

Вид диаграмм релаксации, дающих зависимость напряжения от времени, представлен на рис.1.

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 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 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 они, очевидно, уменьшаются.

Среди различных типов статических нагрузок особое место занимают периодически изменяющиеся , или циклические нагрузки.

Одним из основных факторов, которые необходимо учитывать при практических расчетах на циклическую прочность, является концентрация напряжений.

Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что в области резких изменений формы упругого тела (внутренние углы, отверстия, выточки), а также в зоне контакта деталей возникают повышенные напряжения. Например, при изгибе ступенчатого стержня, при прессовой посадке втулки на вал и пр. Описанная особенность распределения напряжений получила название концентрации напряжений. Зона распространения повышенных напряжений ограничена узкой областью, расположенной в окрестности очага концентрации, и в связи с локальным характером распространения эти напряжения называются местными.

Степень влияния местных напряжений на прочность детали существенным образом зависит от характера нагружения. Проводя расчет конструкции, работающей в условиях обычного, нециклического нагружения, мы местными напряжениями, как правило, пренебрегаем. Иначе обстоит дело при циклически изменяющихся напряжениях. Многократное изменение напряжений в зоне очага концентрации приводит к образованию и дальнейшему развитию трещины с последующим усталостным разрушением детали. Поэтому при циклическом нагружении явление концентрации требует особого внимания.

Однако подобного рода приемы, используемые при проектировании ответственных деталей, могут только снизить вредное влияние местных напряжений, но не освобождают от него полностью. Поэтому, очевидно, необходимо выработать способы количественной оценки этого фактора с тем, чтобы иметь возможность учесть его при расчетах.

Основными показателями местных напряжений являются теоретические коэффициенты концентрации напряжений:

для нормальных напряжений:

а для касательных напряжений (кручение вала):

где σ_max и τ_max - наибольшие местные напряжения, σ_ном и τ_ном - так называемые номинальные напряжения, которые определяются по простым формулам сопротивления материалов без учета эффекта концентрации.

Номинальное напряжение выбирают в первую очередь из соображений, связанных с простотой расчета. В связи с этим в отличие от теоретических коэффициентов концентрации вводят понятия эффективных коэффициентов концентрации Кσ и Кτ .

где σ_-1 и τ_-1 - пределы выносливости гладкого образца; σ_-1к и τ_-1к - пределы выносливости, подсчитанные по номинальным напряжениям для образцов, имеющих концентрацию напряжений, но такие же размеры поперечного сечения, как и у гладкого образца.

Эффективный коэффициент концентрации зависит уже не только от геометрической формы и способа нагружения, но и от механических свойств материала.

Наиболее достоверные числовые значения эффективного коэффициента концентрации, естественно, получаются на основе усталостного испытания образцов.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 160; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!