Статическое разрушение

Возьмем цилиндрический металлический образец (рис.4.1) и будем прикладывать к нему все увеличивающуюся силу , измеряя одновре-менно его длину (можно наоборот увеличивать длину (растягивать) и мерить потребную для этого силу). Зависимость нанесем на график (рис.4.1, б). Зависимость эта делится на два участка: линейный и, следую-щий за ним, нелинейный. Если растянуть образец до любой точки линейно-го участка и отпустить, он примет свою первоначальную форму и размеры. Если выйти за линейный участок, размер образца увеличится на . Деформацию на линейном участке называют упругой, на нелинейном это сумма упругой и пластической деформации.

График на рис.4.1. удобнее представить в относительных величинах (рис.4.2).

где - начальная площадь сечения, а - начальная длина образца.

При проведении испытаний на растяжение получают следующие харак- теристики:

Модуль упругости для линейного участка, _пц (предел про-порциональности) - точка отклонения графика от линейности. или - значения условного предела текучести. Их используют из-за трудности опре-деления истинного предела текучести. - предел прочности материала.

Измерив разрушенный образец, получают величины и - макси-мального сужения и удлиннения образца в момент разрыва.

Иногда используют истинные значения напряжений и деформаций

и .

Кривая деформирования в этом случае не имеет нисходящей ветви (рис.4.3).

Вообще говоря, бывают и другие типы диаграмм, рис.4.4, а, б, однако, для авиационных материалов характерны диаграммы рис.4.3.

Рис.4.3. Истинная и стандартная кривые деформирования

Рис.4.4. Виды кривых деформирования

Известно, что пластическое течение происходит под 45° к главным нор-мальным напряжениям под действием главных касательных напряжений. Поэтому для статического разрушения относительно пластичных материа-лов характерно расположение излома под 45° к направлению силы (рис.4.5, а). Хрупкое разрушение, наоборот, происходит под действием нормальных напряжений и его излом перпендикулярен действию силы (рис.4.5, б). Часто в изломе имеются обе составляющие.

Рис.4.5. Схема вязкого (а) и хрупкого (б) изломов

Статические напряжения редко бывают причиной разрушения авиацион-ных деталей. Однако разрушение, начавшееся по другим механизмам, как правило, завершается статически.

Усталость

При многократном нагружении до напряжений ниже предела прочности образец или деталь также могут разрушиться. Это явление называют усталостью металла. Усталостные процессы удобно рассматривать с помощью усталостной кривой или кривой Велера.

Если материал нагружается циклической (в данном случае синусоидальной) нагрузкой то зависимость числа циклов до разрушения от амплитуды нагружения описывается кривой Велера (рис.4.6).

Рис.4.6.Диаграмма Велера

При нагрузках, близких к пределу прочности образец выдерживает от нескольких десятков до нескольких сотен или тысяч циклов. Это область малоцикловой усталости. Далее > 10⁴-10⁵ циклов следует область обычной усталости или ограниченной долговечности. При достаточно низких нагрузках, меньших - предела выносливости материала, добиться разрушения не удается. Такая ситуация может быть объяснена двояко. Либо тем, что действительно существует физический предел выносливости, то есть напряжения, при которых разрушения не происходит. Либо это разрушение про- исходит при очень большом числе циклов, которого мы при испытаниях не достигаем. В этом случае говорят об условном пределе выносливости на базе 10⁷, 10⁸ или 10⁹ циклов. Судя по всему, низколегированные стали имеют физический предел выносливости, сплавы цветных металлов - условный.

Циклическое нагружение возможно производить различными способами (рис.4.7). Вид циклического нагружения может быть описан следующими величинами:

и - максимальное и минимальное напряжения цикла;

- амплитуда цикла,

- среднее напряжение,

- коэффициент асимметрии.

Возможны циклы с выдержками и нагружения, являющиеся наложением двух разных циклов, значительно отличающихся по частоте (рис.4.8).

Мы можем задавать постоянную функцию нагрузки в каждом цикле и можем задавать постоянную функцию деформации. В упругой области подобные циклы мало отличаются, однако, в области малоцикловой уста-лости отличия очень велики (рис.4.9).

Рис. 4.9. Зависимость максимального напряжения и максимальной деформации цикла от N при нагружении с постоянным циклическим напряжением и постоянной циклической деформацией

В общем, можно сказать, что увеличение , , выдержки при максимальной нагрузке и наложение высокочастотной составляющей сни-жают усталостную стойкость материала. Одной из задач использования сложных циклов нагружения является имитация реального цикла нагруже-ния детали, который может выглядеть, например, следующим образом (рис.4.10).

Иногда идут на прямую имитацию рабочих нагрузок. Для этого сущест-вуют специальные установки с компьютерным заданием нагрузки. Однако это достаточно дорого и применяется редко.

Дата добавления: 2015-11-14