Деформационными свойствами

долговечность до зарождения усталостных трещин и во взаимосвязи с деформационными характеристиками всего объема металла определяет уровень предела выносливости, а также уровень порогового коэффициента интенсивности напряжений, необходимого для старта усталостной трещины. Наличие концентраторов напряжений (например, от грубой механической обработки) и других дефектов на поверхности, остаточных напряжений растяжения, агрессивной среды и ряда других факторов приводит к снижению предела выносливости. Как правило, все виды обработки, создающие сжимающие напряжения на поверхности, такие, например, как поверхностное пластическое деформирование, различные виды химико-термических обработок и т.п., повышают предел выносливости металлических материалов, препятствуя раскрытию трещин. На рис. 48 представлены данные по влиянию дробеструйной обработки (с различным размером дроби) на усталость мартенситностарею-щей стали с 1 8%Ni в условиях кругового изгиба. Видно, что дробеструйная обработка вне зависимости от диаметра дроби существенно повышает ограниченную долговечность и предел выносливости. При больших долговсчно-стях образцов с поверхностным упрочнением зарождение усталостных трещин всегда происходит под упрочненным поверхностным слоем.

Применительно к толстостенным оболочкам заслуживают внимания исследования /65 — 67/, в результате которых было установлено, что момент потери устойчивости пластического деформирования оболочек в процессе их нагружения внутренним и внешним давлением в значительной степени определяется параметром толстостенности конструкции Ч' = t / R, деформационными характеристиками материала и характеризуется величиной максимального перепада давлений на стенке оболочки (р -
Об этом, в частности, свидетельствует результаты исследований прочности оболочек давления, ослабленных мягкими прослойками, полученные в работах /60, 72 — 73/. где было показано, что в результате контактного упрочнения мягких (разупрочненных) участков существенно возрастает несущая способность конструкций. Это позволило по-новому подойти к вопросам повышения работоспособности сварных соединений оболочковых конструкций. Так, например, в работе /60/ была экспериментально подтверждена принципиальная возможность достижения равнопрочное™ механически неоднородных сварных соединений основному металлу оболочки путем регулирования величины теплового воздействия сварки и варьирования размеров зон разупрочнения (ширины мягких прослоек). К наиболее интересным результатам следует отнести и экспериментальные данные, полученные в /22, 73, 74/ при испытании труб 114x4.1 мм из сталей 15Г2СФ и 15Г2СФР с раз-упрочненными участками в околошовной зоне и сварных сосудов 123,4x11,55 мм из низко- и среднелегированных сталей с кольцевыми мягкими швами, подтверждающими неоднозначность механического поведения мягких прослоек в связи с проявлением эффекта их контактного упрочнения и выявляющие взаимосвязь параметров предельного состояния всей конструкции с геометрическими, прочностными и деформационными характеристиками сварных соединений. Следует особо выделить работы О. А Бакши и А.С Богомоловой /71, 72/, в которых вскрыт механизм контактного упрочнения неоднородных сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкций и получены решения для некоторых распространенных конструктивных и силовых схем. В частности, исследовано напряженно-деформированное состояние поперечной мягкой прослойки в тонкостенной цилиндрической оболочке при ее осевом растяжении; продольной мягкой прослойкой, расположенной в цилиндрической оболочке, находящейся под воздействием внутреннего давления и осевой силы; экваториальной кольцевой мягкой прослойки в сферической оболочке давления. Однако, в целом результаты данных исследований не дают полной картины влияния двухосно-сти нагружения и места расположения мягкой прослойки в оболочковой конструкции в на ее несуигую способность хотя и являются хорошей основой для разработки общей расчетной модели.

Учитывая существование очевидной взаимосвязи между деформационными характеристиками (8, \\i) и параметрами (Бр, т), определяющими процесс пластической устойчивости /88/, можно с большой степенью уверенности утверждать о том, что специфика изменения пластических свойств металла прослойки от ее относительной толщины наложит определенный отпечаток на процесс устойчивости пластического

Применительно к толстостенным оболочкам заслуживают внимания исследования /65 — 67/, в результате которых было установлено, что момент потери устойчивости пластического деформирования оболочек в процессе их нагружения внутренним и внешним давлением в значительной степени определяется параметром толстостенности конструкции Т = t /R, деформационными характеристиками материала и характеризуется величиной максимального перепада давлений на стенке оболочки (р - q)max. С учетом работ /67, 68/ для толстостенной цилиндрической оболочки можно записать

Об этом, в частности, свидетельствует результаты исследований прочности оболочек давления, ослабленных мягкими прослойками, полученные в работах /60, 72 — 73/, где было показано, что в результате контактного упрочнения мягких (разупрочненных) участков существенно возрастает несущая способность конструкций. Это позволило по-новому подойти к вопросам повышения работоспособности сварных соединений оболочковых конструкций. Так, например, в работе /60/ была экспериментально подтверждена принципиальная возможность достижения равнопрочное™ механически неоднородных сварных соединений основному металлу оболочки путем регулирования величины теплового воздействия сварки и варьирования размеров зон разупрочнения (ширины мягких прослоек). К наиболее интересным результатам следует отнести и экспериментальные данные, полученные в /22, 73, 74/ при испытании труб 114x4,1 мм из статей 15Г2СФ и 15Г2СФР с раз-упрочненными участками в околошовной зоне и сварных сосудов 123,4х 11,55 мм из низко- и среднелегированных сталей с кольцевыми мягкими швами, подтверждающими неоднозначность механического поведения мягких прослоек в связи с проявлением эффекта их контактного упрочнения и выявляющие взаимосвязь параметров предельного состояния всей конструкции с геометрическими, прочностными и деформационными характеристиками сварных соединений. Следует особо выделить работы О.А. Бакши и А.С. Богомоловой /71, 72/, в которых вскрыт механизм контактного упрочнения неоднородных сварных соединений тонкостенных оболочковых конструкций и получены решения для некоторых распространенных конструктивных и силовых схем. В частности, исследовано напряженно-деформированное состояние поперечной мягкой прослойки в тонкостенной цилиндрической оболочке при ее осевом растяжении; продольной мягкой прослойкой, расположенной в цилиндрической оболочке, находящейся под воздействием внутреннего давления и осевой силы; экваториальной кольцевой мягкой прослойки в сферической оболочке давления. Однако, в целом результаты данных исследований не дают полной картины влияния двухосно-сти нагружения и места расположения мягкой прослойки в оболочковой конструкции в на ее несущую способность хотя и являются хорошей основой для разработки общей расчетной модели.

Учитывая существование очевидной взаимосвязи между деформационными характеристиками (8, vy) и параметрами (ер, т), определяющими процесс пластической устойчивости /88/, можно с большой степенью уверенности утверждать о том, что специфика изменения пластических свойств металла прослойки от ее относительной толщины наложит определенный отпечаток на процесс устойчивости пластического

Поскольку характер поврежденности металла порами может быть определен лишь путем вырезки образцов, была сделана попытка найти связь между эффективностью восстановительной термообработки, деформационными характеристиками предыдущей ползучести и степенью исходной поврежденности.

Несущая способность конструкции в значительной степени зависит от вида напряженного состояния. Для прямой связи данного фактора с деформационными характеристиками вводят в определение интенсивностей напряжений и деформаций отношение главных напряжений к первым, что позволяет анализировать напряженное состояние в районе концентратов.

Если выбраны тензорезисторы с различными во всем рабочем диапазоне температур температурными характеристиками ^ =f=. H^ ж одинаковыми во всем диапазоне измеряемых деформаций деформационными характеристиками ™ = ^, то образуется система из двух уравнений с двумя неизвестными

граммы деформирования, затем по данным базовых экспериментов (см. § 13) находили функцию неоднородности / (г) и реологическую функцию Ф (г, Т]. Решение задачи об идентификации модели с конкретным материалом позволяет при последующих испытаниях с реализацией разнообразных программ изменения внешних воздействий оценивать не только качественное, но и количественное соответствие между прогнозируемыми на основе структурной модели и реальными, получаемыми из опытов деформационными характеристиками материала (диаграммами деформирования, кривыми ползучести, релаксации и Др.).

Полученные соотношения (4 I) и (4.2), устанавливающие взаимосвязь между параметром \(/. характеризующим момент потери пластической устойчивости толстостенных оболочек давления, геометрически ми размерами оболочки Ч' •- I /К и деформационными свойствами мате риала, описывают предельное состояние однородных оболочек. При использовании данных выражений для анализа толстостенных оболочек, ослабленных мягкими прослойками необходимо иметь в виду следую щсе. В случае, когда мягкие прослойки имеют достаточно большие относительные размеры, при которых не наблюдается контактное упрочнение мягкого металла, как отмечалось в разделе 3.1 настоящей работы, механические свойства мягкого металла \/, 8. у м =• а"/ст" (а следовательно, и Кр) полностью определяют критическую ситуацию, связанную с потерей пластической устойчивости оболчковой конструкции. При on рсделении (^ в соответствующие выражения необходимо подставлять значения 8. v/ и ум мягкого металла. С уменьшением относительных размеров мягких прослоек к -•- /? /'/ (в диапазоне их значений к < 1) наблюдается изменение данных характеристик мягкого металла, связанное ш стеснением пластического течения мягкой прослойки со стороны более прочного основного металла (см. рис. 3.2). Однако, как было показано на примере анализа тонкостенной оболочки, данные изменения практически не сказываются на значениях р1,) 5 (?р), что позволяет при оценке процесса пластической неустойчивости тонкостенных оболочек не принимать во внимание контактные эффекты, связанные с упрочнением мягких прослоек.

Полученные соотношения (4.1) и (4.2), устанавливающие взаимосвязь между параметром Рц,, характеризующим момент потери пластической устойчивости толстостенных оболочек давления, геометрическими размерами оболочки Ч* = t1R и деформационными свойствами материала, описывают предельное состояние однородных оболочек. При использовании данных выражений для анализа толстостенных оболочек, ослабленных мягкими прослойками необходимо иметь в виду следующее. В случае, когда мягкие прослойки имеют достаточно большие относительные размеры, при которых не наблюдается контактное упрочнение мягкого металла, как отмечалось в разделе 3.1 настоящей работы, механические свойства мягкого металла vj/, 5, у м = СУ " /СУ" (а следовательно, и 8р) полностью определяют критическую ситуацию, связанную с потерей пластической устойчивости оболчковой конструкции. При оп ределении р^ в соответствующие выражения необходимо подставлять значения 8, у и ум мягкого метаопа. С уменьшением относительных размеров мягких прослоек к = h It (в диапазоне их значений к < 1) наблюдается изменение данных характеристик мягкого металла, связанное со стеснением пластического течения мягкой прослойки со стороны более прочного основного металла (см. рис. 3.2). Однако, как было показано на примере анализа тонкостенной оболочки, данные изменения практически не сказываются на значениях р0 5 (sp), что позволяет при оценке процесса пластической неустойчивости тонкостенных оболочек не принимать во внимание контактные эффекты, связанные с упрочнением мягких прослоек.

Энергия разрушения определяется либо как работа, необходимая для образования единицы новой поверхности трещины, либо как энергия, поглощенная вновь образованной поверхностью разрушения и приходящаяся на единицу площади. Для определения энергии разрушения материалов было предложено много различных форм образцов [10] с острой трещиной, которая во всех случаях наносится до испытаний. При вычислении энергии разрушения необходимо знать силу, требуемую для развития острой трещины, ее длину, модуль упругости материала, размеры образца и соответствующее уравнение, связывающее эти параметры. Необходимо также следить за тем, чтобы длина трещины и размеры образца были в интервале справедливости используемого уравнения в соответствии с деформационными свойствами исследуемого материала. Для испытаний керамик и хрупких полимеров широко используется двойная консольная балка, что обусловлено разработкой различных методов получения в материале острых трещин [61].

Прочностные свойства П. тесно связаны с их деформационными свойствами (см. Прочность полимеров, Усталость материалов, Прочности временная зависимость).

порошок, песок, частицы другого полимерного материала, часто обладающего более высокой эластичностью по сравнению с относительно хрупкой матрицей. По существу, кристаллические термопластичные материалы частично также являются композициями, состоящими из аморфной и кристаллической фаз, обладающих различными деформационными свойствами. Другим типом композитных материалов являются такие, которые состоят из полимерной матрицы, армированной высокопрочными волокнами, часто стеклянными, а также борными, углеродными, металлическими и другими или тканями из указанных волокон. Еще одним типом композиционных материалов являются согласно делению, приведенному в работах [52, 90], композиции со скелетной или взаимопроникающей структурой. Здесь обе фазы непрерывны в определенных областях и поэтому не могут быть разделены на матрицу и наполнитель.

Прочность G адгезионных соединений определяется как межфазным взаимодействием (а - граничное поверхностное натяжение), так и деформационными свойствами адгезива и субстрата и возникающими в них при адгезионном контакте напряжениями, развивающимися в адге-зиве при его усадке вследствие полимеризации или взаимодействия с субстратом. Вклад факторов термодинамического происхождения в измеряемые значения можно учесть, вводя удельную адгезионную энергию /SA, вклад когезионных характеристик контактирующих фаз - любым физическим параметром Х^ (например, свободным объемом, температурой стеклования и т.п.), а вклад межфазного контакта - отношениями am= AJAn и ak=Ak/An (А^~ суммарная площадь поверхности разрушения, Ат Ап [см.(8.1)]). В общем виде:

Сопоставление уровня разрушающих напряжений при однократном нагружений ав и разрушающих напряжений при N — 104 циклов растяжения-сжатия R = -1 для материалов, обладающих различными циклическими деформационными свойствами, представлено в табл. 9.2.1 [279].

Однако сама структурная модель еще не предопределяет априори решения вопроса о существовании двух принципиально отличающихся между собой механизмов неупругого деформирования — склерономного и реономного, или, наоборот, о возможности рассмотрения всей неупругой деформации как реономной. Несмотря на то, что определяющее реологическую функцию уравнение (3.3) имеет вид, характерный для реономного материала, однако в зависимости от принятой формы этой функции (см. рис. 3.4) можно отразить как чисто реономное, так и склерономное или «смешанное» деформационное поведение материала. Как обычно, окончательное решение поставленного вопроса должно быть принято на основании экспериментальных данных. Следует отметить, что структурная модель позволяет установить связь между деформационными свойствами материала при быстром нагружении и при длительных выдержках. Это особенно отчетливо иллюстрирует полученное уравнение состояния (3.30)

Графитизированные стали обладают хорошими литейными свойствами, характеризуются высокой жидкотекучестью, небольшой линейной усадкой и малой склонностью к образованию горячих и холодных трещин. Стали обладают хорошими деформационными свойствами, поэтому их используют как в литом, так и в деформированном состоянии. Термическая обработка графитизированных сталей состоит из графитизи-рующего отжига, который обычно проводится в

и известны законы распределения случайных прочностных характеристик Fm(Cm) каждого компонента, представляющего собой объединение всех элементов структуры с одинаковыми деформационными свойствами. Разброс деформационных свойств компонентов в данной модели не учитывается. Кроме того, ограничимся рассмотрением лишь двух механизмов разрушения.

шение типа "1" при данной схеме деформирования отсутствует). Для сравнения приведены результаты расчетов в случае одной иа возможных реализаций структуры слоистого композита (ступенчата» кривая), когда все элементы структуры были сгруппированы в четырнадцать компонентов: семь групп алюминиевых слоев с одинаковыми деформационными свойствами, но различными прочностными характеристиками и семь аналогичных групп магниевых слоев (рис. 8.146).

Прочностные свойства П. тесно связаны с их деформационными свойствами (см. Прочность полимеров, Усталость материалов, Прочности временная зависимость).