Деформационные характеристики

Аналогичная картина наблюдается и в условиях анодной поляризации с той лишь разницей, что вместо катодных участков играют роль неактивируемые деформацией участки, которые поддерживают смешанный потенциал неизменным. Естественно, что для образцов с рабочей длиной 10 мм величина Аф на всех ступенях деформации значительно меньше, чем для образцов с меньшей рабочей площадью, и имеет тенденцию к уменьшению .с ростом степени деформации. Именно поэтому заметное (до 100 мВ) разблагораживание потенциала при деформации впервые удалось наблюдать при помощи микроэлектрохимического зонда в вершине искусственного концентратора напряжения [124], причем для получения измеримого эффекта неважно, активируется ли металл в вершине концентратора, или там происходит разрушение поверхностных пленок, или оба эти фактора действуют совместно.

Аналогичная картина наблюдается и в условиях анодной поляризации стой лишь разницей, что вместо катодных участков играют роль неактивируемые деформацией участки, которые поддерживают смешанный потенциал неизменным. Естественно, что для образцов с рабочей длиной 10 мм величина Аф на всех ступенях деформации значительно меньше, чем для образцов с меньшей рабочей площадью, и имеет тенденцию к уменьшению с ростом степени деформации. Именно поэтому заметное (до 100 мВ) разбла-гораживание потенциала при деформации впервые удалось наблюдать при помощи микроэлектрохимического зонда в вершине искусственного концентратора напряжения [141], причем для получения измеримого эффекта было неважно, активируется ли металл в вершине концентратора, или там происходит разрушение поверхностных пленок, или оба эти фактора действуют совместно.

Приведенные экспериментальные данные, полученные по результатам квазистатических испытаний с высокими скоростями, по амплитуде упругого предвестника и скоростной зависимости откольной прочности металлов близки к значениям вязкости, определенным из анализа закономерностей распространения малых возмущений на фронте ударных волн [92, 242, 172, 173, 234]. Однако они значительно ниже значений, полученных в работе [101] в результате анализа смещения слоев металла при соударении плит под углом. В последнем случае для определения коэффициента вязкости использована параболическая зависимость продольного смещения слоя от его глубины, справедливая только для глубины больше 8i (61 — толщина более тонкой пластины). На этой глубине скорость деформации значительно ниже, чем вблизи точки соударения, что может повлиять на величину коэффициента вязкости. В табл. 4 приведены коэффициенты вязкости для некоторых металлов, определенные различными методами: по результатам обработки скоростной зависимости сопротивления деформации, скоростной зависимости откольной прочности, затуханию упругого предвестника, результатам изучения закономерностей распространения малых возмущений на фронте ударной волны и из анализа процесса ква-зиустановившегося течения материала в области контакта пластин, соударяющихся под углом.

Для сопоставления динамических характеристик испытательных машин необходимо знать усилия, действующие в упругих элементах соответствующих колебательных систем. Эти усилия могут быть выражены в виде произведения жесткости соответствующих элементов на их абсолютную деформацию. Такой метод расчетного определения усилий достаточно точен, так как в рассматриваемых испытательных машинах скорость задаваемой деформации значительно ниже скорости распространения ее в материале образца и элементов машины, и возможность возникновения в образце и элементах машины волновых явлений фактически исключается.

Уравновесить ротор как твердое тело на балансировочном станке можно различными методами. Меняются лишь количество и место плоскостей приведения. Оценка методов и определение наилучшего количества и расположения плоскостей приведения являются задачей, возникающей при исследовании уравновешенности ротора на рабочих оборотах. Задача имеет смысл в случае уравновешивания роторов с рабочим числом оборотов % выше половины первых критических /г1Кр, где упругие деформации значительно увеличивают центробежные силы от неуравновешенных масс. Если рабочие обороты меньше 0,5 /г1Кр, то ротор считается достаточно жестким и увеличением центробежных сил от изгиба можно пренебречь. При этом выбор плоскостей приведения не имеет существенного значения. Рассмотрим многомассовый ротор со случайным распределением эксцентриситетов масс. При вращении такого ротора на опорах балансировочного станка появятся реакции. Чтобы устранить их, установим на ротор уравновешивающие массы и запишем условия уравновешенности:

Условия деформации зёрен поликристалла отличны от условий деформации монокристалла. Главными причинами такого различия являются: разнообразная кристаллографическая ориентировка зёрен, их разнородность по величине и свойствам, влияние их границ на ход процесса деформации и неоднородность их напряжённого состояния. В результате этого сопротивление поликристалла деформации значительно выше сопротивления монокристалла.

штамповкой при скоростях деформации, значительно превышающих указанные выше, может сопровождаться большим тепловым эффектом, что может привести к повышению

Так, Шарпи при исследовании механических свойств кованых под молотом и прокатанных заготовок диаметром 175 мм и? полутвёрдой стали, изготовленных из слитков весом 1100 кг, не обнаружил значительной разницы между их свойствами [16]. Кзйлол, изу- • чавший влияние на механические свойства орудийной стали деформации под молотом, прессом и в прокатном стане, также не обнаружил заметного влияния способа (скорости) обработки на свойства исследованной стали [17].

При значительном снижении скорости (применение штамповки под прессами вместо штамповки под молотами и вместо ковки под молотами — профильной прокатки)не наблюдалось сколько-нибудь заметногоснижения механических свойств деформированных сталей и 'сплавов. Удовлетворительные результаты были получены путём применения при штамповке под прессом степени деформации за каждое обжатие не ниже 20—30%. Применением таких степеней деформации исключаются: а) обработка при критических степенях деформации и образование крупно-

Проведенные расчеты показали, что проскальзывание при внутреннем давлении существенно зависит от коэффициента трения и жесткости наружного слоя, т. е. толщины кожуха. Причем его толщины, равной толщине навиваемой полосы, достаточно, чтобы проскальзывание заметно сказывалось на напряженно-деформированном состоянии цилиндра лишь при весьма малых значениях коэффициента трения — порядка 0,06 и менее. Если довести толщину кожуха до трех толщин навиваемой полосы, то при коэффициенте трения / ^ 0,05 проскальзывание практически не влияет на напряжения и деформации. Значительно большее влияние на них при таких значениях коэффициента трения оказывает контактная податливость, вычисленная по данным работ [3, 4]. При этом оказывается, что с ростом контактной податливости увеличивается и проскальзывание.

Сварка электронным лучом в вакууме является одним из наиболее распространенных способов в СССР и за рубежом. Она обеспечивает не только хорошую защиту и получение чистого металла, но дает возможность осуществить концентрированный разогрев и сквозное про-плавление. При этом термическое влияние на окружающую зону уменьшается. При сварке электронным лучом остаточные деформации значительно меньше, нежели при дуговом процессе. Этим способом сваривают активные, тугоплавкие металлы при большой производительности процесса, а также различные высокопрочные стали. Электронный луч сваривает керамику и разные сочетания сплавов. Однако требуется дальнейшая исследовательская и практическая работа.

По диаграмме деформации определяют только прочностные характеристики: сгв и 0о,2- На этой диаграмме модуль нормальной упругости (тангенс наклона кривой ОА) значительно меньше действительного, так как диаграммный аппарат фиксирует и упругую деформацию частей машины. Чтобы определить модуль упругости, на испытуемый образец навешивают тензометры, позволяющие определить малые величины деформаций, и тем самым точно построить участок ОА. Деформационные характеристики—6 и ty по той же причине определяют также не по диаграмме, а измерением образца до и после испытания.

Испытание на растяжение. Обычно цилиндрической формы образец с утолщениями по концам (для укрепления в захваты испытательной машины) растягивается. В современных машинах (Цвик, Инстрон, MTS) скорость растяжения может изменяться в широких пределах от 0,003 до 3000 мм/мин. При больших скоростях деформации такое испытание считается динамическим (ударным). Большинство испытательных машин снабжено диаграммным аппаратом, записывающим кривую деформации (см. рис. 40 и 42), на которой можно найти интересующие величины прочности и пластичности (ств, <Т0,2, б, Е), хотя деформационные характеристики (б, гз) или характеристики, связанные с малыми деформациями (Е, o0,oi и др.), следует определять, измеряя деформацию непосредственно на образце (во время испытания или после его разрушения).

Для расчета компонентов напряжений в пластической области необходимо задать деформационные характеристики в зависимости от температуры. В первом приближении можно пользоваться идеализированными свойствами материала в виде модели идеального упругопластического материала (см. рис. 11.4). Предел текучести, модуль упругости и коэффициент Пуассона свариваемого материала задают зависимыми от температуры от = а1(Г), Е=Е(Т), v = v(7). В пределах интервала деформирования [(k—!)...(?)] свойства материала принимают постоянными, равными значению в точке k.

При этом обеспечивается сочетание двух существенных положительных эффектов. Во-первых, геометрические размеры твердых хрупких участков в околошовных зонах сварных соединений получаются меньше относительной критической толщины твердой прослойки XTK, при которой исключается их отрицательное влияние на деформационные характеристики и трещиностойкость. Во-вторых, структура металла в околошовных участках ЗТВ получается мелкозернистой, имеет более равновесное бейнитное строение (рис. 2.8, 2-в) и происходит снижение твердости участков подкалки на 30...40 единиц по Виккерсу (рис. 2.8, б - линия 2).

Полученные соотношения (4.1) и (4.3) для определения параметра Р^ (У, ?р) толстостенных оболочковых конструкций, работающих под давлением, могут быть представлены через известные деформационные характеристики материала оболочки 8 и v/ (относительные удлинение и сужение) путем замены величины вр, характеризующей значения равномерной деформации материала, функционалом связи между данными характеристиками /53/

Полученные соотношения (4.1) и (4.3) для определения параметра Рц, (4х, ?р) толстостенных оболочковых конструкций, работающих под давлением, могут быть представлены через известные деформационные характеристики материала оболочки S и vj/ (относительные удлинение и сужение) путем замены величины ?р, характеризующей значения равномерной деформации материала, функционалом связи между данными характеристиками /53/

Тем не менее анализ таких материалов строится по вполне стандартной схеме. По более общей расчетной схеме действующие напряжения преобразуются в напряжения, записанные в главных осях каждого слоя, т. е. для рассматриваемого материала в осях 1, 2., 3. В общем случае напряженное состояние описывается шестью напряжениями olt 02, a3, т12, ti3 и т23> где последние два касательных напряжения являются трансверсальными межслоевыми напряжениями. Трехмерный однонаправленный слой является трансверсально, изотропным, причем плоскость 2, <3 — плоскость изотропии (рис. 16). Для такого материала одинаковы пределы прочности в направлениях 2 и 3 и пределы прочности при сдвиге в плоскостях 1, 2 и 1, 3. Таким образом, необходимые основные прочностные (деформационные) характеристики материала включают FP, F$ ,F%, FI, jFl2HF23(eP, e\, e\, e12, eas), т. е. добавляется только один предел прочности при сдвиге FM. Критерий разрушения должен'быть записан в шестимерном пространстве напряжений. Он включает только одну характеристику

Эти исследования можно было бы использовать также для определения таких комбинаций компонентов композита, при которых получались бы заранее заданные его характеристики. В качестве таких характеристик можно было бы выбрать, например, максимальную прочность, большие деформации при разрыве или хорошие деформационные характеристики при двухосном поперечном нагружении. Сравнительно не исследованной областью является про-блема выбора оптимальных кривых одноосного растяжения материалов волокна и матрицы для получения композита с заранее заданными свойствами. Этот тип информации был бы очень полезен тем из исследователей, которые занимаются созданием новых видов матрицы и включений.

По первичным кривым ползучести трудно установить момент появления первых заметных дефектов, так и наступление критической стадии процесса разрушения (пределы допустимой поврежденное™). Чтобы определить безопасный срок службы, можно использовать деформационные характеристики вместо показателей поврежден-ности, т. е. определять, какой предельно допустимой деформации соответствует безопасная работа материала. Оценить предельно допустимую деформацию можно также, используя механическое уравнение состояния типа (3.7) и характеристику деформационной способности ма-

Описанный выше способ оценки поврежденности по скорости ползучести позволяет зафиксировать предельную величину, при этом кинетика развития процесса во времени не раскрь'ша-ется. Поэтому следует использовать деформационные характеристики, измерение которых проводят периодически как в лабораторных исследованиях, так и в эксплуатационных условиях (паропроводы, роторы).

Для материалов, деформационный ресурс которых существенно уменьшается с увеличением длительности нагружения (например, жаропрочные никелевые сплавы), следует учитывать взаимное влияние процессов деформирования (кратковременного и длительного при ползучести), поэтому в общем виде уравнение (5.82) не является условием линейного суммирования ч при деформационном выражении слагаемых П\—Пц. Данных для экспериментального подтверждения этого уравнения мало, поэтому проверка уравнения (5.82) сделана в работе [13] в основном для частного случая, когда Я=1, т. е. для условия линейного суммирования повреждений, выраженных через деформационные характеристики процесса. Величина среднеквадратичного отклонения экспериментальных данных, взятых из различных источников, от расчетных значений по уравнению (5.82) не превышает 50%.