Деформационных критериев

Расчеты сварочных деформаций и напряжений с использованием схематизированных диаграмм идеального упругопластиче-ского материала (см. рис. 11.4) или деформационных характеристик (см. рис. 11.2), полученных на основе изотермических испытаний образцов при постоянной скорости нагружения, следует рассматривать как приближенные. Для количественной оценки остаточных напряжений такие приближенные расчеты вполне достоверны и обеспечивают необходимую для практики точность.

Особенностью напряженно-деформированного состояния твердых прослоек является реализация в них эффекта контактного разупрочнения, заключающегося в возникновении благоприятной "мягкой" схемы напряженного состояния и приводящей к улучшению деформационных характеристик сварного соединения (удлинения, сужения, трещиностойко-сти и др.)- На основе установленных закономерностей изменения касательных напряжений на контактной плоскости твердой прослойки, при которой ее металл полностью перейдет в пластическое состояние, получены уточненные формулы.

нений (vy, 6) и (ат, ав) находятся на уровне свойств мягкого металла. С уменьшением к существенно возрастает роль контактного упрочнения прослойки, являющегося результатом сдерживания пластического деформирования мягкого металла более твердым, что ведет к повышению прочностных (ат, Ов) и снижению деформационных характеристик соединения (v/, 8). Начиная с некоторых значений (см. рис. 3.2) меняется характер изменения кривых \у(к) и 8(к) и наблюдается рост данных характеристик, что связано с эффектом смягчения жесткости напряженного состояния мягких прослоек и степени их стеснения из-за вовлечения более твердого металла соединения, прилегающего к прослойке, в пластическую деформацию И, наконец, при относительно небольших значениях толщин мягких прослоек к < кр (кр «0,1 — 0,15) наблюдается выход сварных соединений на равнопрочность основному металлу. В данном диапазоне размеров прослоек механические характеристики соединений практически полностью определяются свойствами твердого основного металла.

на пластические свойства соединения (\)/м, Ом) не скажется на достоверности получаемых результатов по оценке несущей способности оболочковых конструкций. Предположим, что оболочковая конструкция ослаблена мягкой прослойкой, механические характеристики металла которой в исходном состоянии равны: v/M = 50 %, 8М = 25 %, а у м = а" /а" = 0,8. Относительная толщина мягкой прослойки к < кк обеспечивает снижение деформационных характеристик на 50 % (ум(к) = 25 %, 5М (к) = 12,5 %) и повышение механических (а"(к), о"(к)) в 1,5 раза. Так как изменение характеристик стт и ов не сказывается на параметре ум = стт (к) /0в (к) (°т(к) и ств(к> возрастают практически пропорционально /2, 76/), то основное влияние контактно-

условиях пластического деформирования, определяется моментом потери их пластической устойчивости, который зависит в значительной степени от параметра толстостенности конструкции 4* = 11R, деформационных характеристик металла оболочки и соответствует достижению максимальных значений перепада давлений на стенке оболочки (р - q)max (рис. 4.1) (находится из условия d(p - q) / «fe = 0 при 8 = 8икр).

Краткий обзор существующих методов. Определение деформационных характеристик композиционных материалов по свойствам компонентов и харак-

Для композиционных полимерных материалов характерны существенные различия в значениях модулей упругости волокна и связующего. Главным требованием при расчете деформационных характеристик этих материалов является сужение вилки Хилла. Рассмотрим в этом аспекте некоторые особенности расчета упругих постоянных

Анализ изменения упругих свойств материала с увеличением направлений пространственного армирования можно проводить для каждой компоненты тензора упругих свойств (в частности, технических констант) в отдельности или для совокупности деформационных характеристик при повороте осей координат или (и) изменении поля напряжений. В первом случае анализируется деформируемость материала в «узком» смысле — на .заданную нагрузку и определенную ориентацию осей упругой симметрии материала в конструкции. Во втором случае получают интегральные оценки деформируемости материала, по существу отражающие характер анизотропии и полезные для качественного сравнения различных анизотропных материалов. В этом плане введена в рассмотрение в качестве характеристики деформируемости материала поверхность деформируемости, заданная в пространстве напряжений 1.

Установлено, материалу Sepcarb-4D свойственно проявление масштабного эффекта, что имеет место не только при изучении разрушения материала 4D, но и при определении деформационных характеристик: значение модуля сдвига в главной плоскости упругости симметрии (G0), определяемое из опытов на кручение, зависело от диаметра и длины образца (табл. 6.24). Данные табл. 6.24 свидетельствуют о том, что модуль сдвига материала 4D, определенный на коротких образцах с малым диаметром, существенно меньше его значения для материала с длинными непрерывными волокнами. Повышенное реальное значение GO для материала Sepcarb-4D указывает на ограничение снизу, полученное из анализа соотношений (6.1)— (6.3) при vc = 0,5, которое устанавливает, что 3G0 > ?, т. е. 0„ > 15,27 ГПа.

нений (\(/, 8) и (стт, Ов) находятся на уровне свойств мягкого металла. С уменьшением к существенно возрастает роль контактного упрочнения прослойки, являющегося результатом сдерживания пластического деформирования мягкого металла более твердым, что ведет к повышению прочностных (ат, ав) и снижению деформационных характеристик соединения (у, 8). Начиная с некоторых значений (см. рис. 3.2) меняется характер изменения кривых VJ/(K) и 8(к) и наблюдается рост данных характеристик, что связано с эффектом смягчения жесткости напряженного состояния мягких прослоек и степени их стеснения из-за вовлечения более твердого металла соединения, прилегающего к прослойке, в пластическую деформацию. И, наконец, при относительно небольших значениях толщин мягких прослоек к < кр (кр «0,1 — 0,15) наблюдается выход сварных соединений на равнопрочность основному металлу. В данном диапазоне размеров прослоек механические характеристики соединений практически полностью определяются свойствами твердого основного металла.

на пластические свойства соединения (V/M, ам) не скажется на достоверности получаемых результатов по оценке несущей способности оболочковых конструкций. Предположим, что оболочковая конструкция ослаблена мягкой прослойкой, механические характеристики металла которой в исходном состоянии равны: \/м = 50 %, 5М = 25 %, а ум = а"/ст" = 0,8. Относительная толщина мягкой прослойки к < кк обеспечивает снижение деформационных характеристик на 50 % (\/м(к) = 25 %, §м(к) = 12,5 %) и повышение механических (а"(к), ств (к)) в 1 >5 раза. Так как изменение характеристик ат и ов не сказывается на параметре ум =o"(ic)/ag (к) (а"(к) и ст"(к) возрастают практически пропорционально 12, 76/), то основное влияние контактно-

чике трещины развитой пластической зоны. Естественно, что проявление при деформировании пластичности дает основание на использование деформационных критериев разрушения, согласно которым разрушение наступает, когда какой-либо параметр (е), характеризующий поля деформаций, достигает критических (екр). Одним из таких параметров является перемещение кончика трещины или, так называемое, раскрытие трещины 8, критическое значение которого обозначают через 8С. Теоретическим обоснованием критерия 8 послужили модели Дагдейла, Барренблата, Оро-вана и др. Если протяженность пластической зоны сравнительно мала, то пластичность можно учитывать путем внесения поправки на длину трещины:

С позиции деформационных критериев разрушения наиболее слабыми участками таких сварных соединений являются зоны с повышенной твердостью, но с низкой пластичностью и сопротивляемостью хрупкому разрушению. Для получения качественных сварных соединений необходимо исключить отрицательное воздействие твердых структурных образований. Низкая сопротивляемость к хрупким разрушениям ысрдых прослоек ставит проблему облагораживания вязко-пластических свойств или вовсе исключения их из состава сварных соединений.

Рассматриваемая концепция кинетических деформационных критериев малоциклового разрушения предполагает зависимость кривой усталости при жестком высокотемпературном нагружении только от величины располагаемой пластичности материала:

Следует подчеркнуть, что расчетная кривая усталости, построенная с использованием концепции кинетических деформационных критериев разрушения, предполагается зависящей только от величины располагаемой пластичности материала. В этом случае эффект частоты нагружения и выдержки проявляется только через зависимость располагаемой пластичности от времени и для испытываемого материала дает по параметру длительности цикла кривые усталости типа показанных по параметру частоты нагружения v на рис. 1.2.11, б.

Одним из главных вопросов при использовании деформационных критериев как при неизотермическом, так и при изотермическом нагружении является выбор предельной пластичности. Пластичность материала в большой степени зависит от предыстории нагружения и нагрева. Кроме того, как указывалось, она немонотонно изменяется в температурном диапазоне *mia—4nax. Для нахождения предельного состояния при термоциклическом нагружении целесообразно определить главные факторы, влияющие на пластичность, и ввести эти факторы в соответствующие предельные уравнения. Пластические свойства материала определяют при максимальной температуре цикла и учитывают уменьшение пластичности в течение времени нагружения.

В работе [2] предложено оценивать сопротивление циклическому нагружению с помощью деформационных критериев, а сопротивление действию статической составляющей ат — с помощью предела длительной прочности. Диаграмма предельного состояния в координатах га — От наглядна, но на основании ее трудно составить расчетные уравнения, позволяющие оценивать долговечность при отсутствии непосредственных экспериментальных данных.

Исследование циклических деформаций для установления деформационных критериев усталостного разрушения металлов особенно эффективно в области малоцикловой усталости, когда в материале наблюдаются большие циклические пластические деформации.

Рассматриваемая концепция кинетических деформационных критериев малоциклового разрушения предполагает зависимость кривой усталости при жестком высокотемпературном нагружений только от величины располагаемой пластичности материала

Приведенные выше данные позволяют описать с использованием деформационных критериев разрушения условия образования трещин малоциклового разрушения в зонах и вне зон концентрации напряжений при температурах, когда имеет место сочетание циклических упругопластических деформаций и деформаций ползучести.

В тонкостенной оболочке, ограниченной жесткими фланцами, зоной концентрации напряжений является место сопряжения оболочки с фланцами (рис. 1.3). Проанализируем долговечность элемента на основании деформационно-кинетического критерия прочности. Применение деформационных критериев для оценки несущей способности и прогнозирования ресурса элементов конструкции, работающих при периодической нагрузке, основано на анализе кинетики деформированного состояния и закономерностях изменения циклических деформаций и деформаций ползучести в зоне концентрации и в мембранной зоне.

От погрешности определения деформаций зависит точность расчета малоцикловой долговечности на основании деформационных критериев (табл. 2.7). Значения малоцикловой долговечности NJ-, полученные с помощью интерполяционных соотношений для пластины с полукруглым вырезом при а* = 2,36 в зоне концентрации напряжений (см.