Влияние дополнительных напряжений

Влияние дополнительных напряжений на пластические свойства и сопротивление деформированию при растяжении стальных образцов изучается при испытании на растяжение. Цилиндрические образцы и образцы с кольцевым надрезом (рис. 3) изготавливаются из одного прутка, чтобы обеспечить одинаковые свойства материала. При растяжении образца с надрезом возникают дополнительные напряжения первого рода. Поэтому, оценивая показатели сопротивления деформации (s_S, s_b) и пластичность (e_l, y), можно судить о влиянии дополнительных напряжений на сопротивление деформации и пластичность. В процессе растяжения образцов записывается индикаторная диаграмма «усилие деформации – удлинение образца» и фиксируется максимальная величина усилия растяжения, а также величина удлинения образца D l_P к моменту его разрыва, что позволяет определить масштаб индикаторной диаграммы, предел текучести s_S и величину относительного удлинения e_l.

Влияние кольцевого надреза на цилиндрическом образце на сопротивление деформации и пластичность вызвано следующими причинами.

При растяжении гладкого цилиндрического образца, т.е. образца без кольцевого надреза (рис. 4, а), на протяжении всего процесса равномерного удлинения возникает схема линейного напряженного состояния, когда в любом сечении «а-а» действуют главные нормальные напряжения s₁. Дополнительные напряжения первого рода в образце не возникают, т.к. он удлиняется равномерно по сечению (деформация удлинения e_l одинакова как у продольной оси симметрии, так и у поверхности образца). При достижении напряжения s_S такой образец начинает пластически деформироваться.

При растяжении же образца с надрезом (рис. 3, б) напряжения в поперечном сечении распределяются неравномерно. При этом в зоне, примыкающей к продольной оси симметрии, возникает схема линейного напряженного состояния (s₁ = s_S), а в примыкающей к поверхности канавки периферийной зоне - схема объемного напряженного состояния (рис. 4, б). Это происходит вследствие влияния соседних, имеющих большее поперечное сечение участков образца, сдерживающих (появляются напряжения s₂, s₃) деформацию поперечного сужения. В связи с этим необходимые для протекания пластической деформации в периферийной зоне напряжения s_i превышают предел текучести (s₁ = s_S + s₃). Поэтому и среднее по сечению образца значение сопротивления деформации будет превышать s_S, полученное при растяжении гладкого образца. С другой стороны, неравномерное распределение напряжений всегда будет вызывать частичное разрушение образца в тех местах, где местные напряжения превысят предел прочности материала. В результате этого живое сечение надрезанного образца будет уменьшаться и образец разрушится при меньшей степени деформации, чем гладкий образец. Таким образом, образец с надрезом обладает большим сопротивлением деформации и меньшей пластичностью.

В отчете по данной лабораторной работе должно быть представлено:

а) краткое описание работы;

б) эскизы и размеры образцов до и после деформации;

в) кривые испытаний на растяжение гладкого и надрезанного образца;

г) выводы о влиянии дополнительных напряжений первого рода на поведение металла при пластической деформации.

Рис. 3. Эскизы образцов Рис. 4. Схема напряженного состояния

центральной и периферийной зон при растяжении: а – цилиндрического образца; б – образца с кольцевым надрезом

Контрольные вопросы

1. Что такое дополнительное и остаточное напряжения?

2. Могут ли быть в деформируемом образце дополнительные (остаточные) напряжения одного знака?

3. Объясните наличие и знак дополнительных напряжений при прокатке образцов с различным поперечным сечением.

4. Объясните причину разрушения материала при прокатке образцов.

5. Назовите показатели сопротивления деформации и показатели пластичности материала.

6. Объясните влияние дополнительных (остаточных) напряжений на сопротивление деформации и пластичность на примере растяжения образцов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ПРИНЦИП НАИМЕНЬШЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Цель работы: Изучение влияния относительных размеров (b: l) и относительной деформации по высоте (dh: h) на величину поперечной и продольной деформации при осадке на плоских бойках и прокатке в гладких валках.

Оборудование: механический пресс усилием 40 т, прокатный стан с диаметром валков 300 мм.

Образцы: стальные образцы в форме параллелепипеда с различным соотношением размеров, стальные полосы толщиной 2 мм различной ширины.

Измерительный инструмент: штангенциркуль с погрешностью измерения не более 0,1 мм.

Дата добавления: 2015-09-01