Деформирование материала

Выше (см. § 2.1) говорилось о том, что деформирование элементов конструкции происходит вследствие действия на них внешних сил. Из теоретической механики известно, что равновесная система внешних сил состоит из активных сил и реакций связей. Такую систему сил принято называть нагрузкой *. Нагрузки классифицируют по двум признакам — способу их приложения к элементу конструкции и характеру действия на него.

Закритическое деформирование элементов структуры композиционных материалов..............246

Закритическое деформирование элементов структуры композиционных материалов

Глава 11. Закритическое деформирование элементов структуры

252 _ Глава 11. Закритическое деформирование элементов структуры

254 _ Глава 11. Закритическое деформирование элементов структуры

256 _ Глава II. Эакритическое деформирование элементов структуры

258 _ Глава II. Эакритическое деформирование элементов структуры

Глава II. Закритическое деформирование элементов структуры

Глава 11. Закритическое деформирование элементов структуры

Глава 11. Эакритическое деформирование элементов структуры

Абразивные зерна могут также оказывать на заготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностное пластическое деформирование материала, искажение его кристаллической решетки. Деформирующая сила вызывает сдвиги одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала обработанная поверхность упрочняется. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке металлическим инструментом.

Рис. 1.20. Деформирование материала в окрестности отпечатка

Рис. 1.20. Деформирование материала в окрестности отпечатка

В лабораторных условиях рассматривается поведение материала с развивающейся усталостной трещиной при однопараметрическом воздействии, когда остальные факторы остаются неизменными во времени или дискретно меняются при переходе от одного образца к другому. Изучение каждого из факторов воздействия на материал отдельно друг от друга не позволяет проводить интегральную оценку его поведения в реальных условиях эксплуатации, которые соответствуют много -параметрическому или многофакторному воздействию. Поэтому возникает необходимость введения коэффициентов запаса, которые должны учитывать усугубление ситуации в развитии разрушения при эксплуатационном нагружении по отношению к лабораторному опыту. Но и в этом случае введение самих коэффициентов запаса должно быть обосновано с единых позиций, которые учитывают энергетические затраты на формирование свободной поверхности и деформирование материала перед вершиной трещины. Вся эта информация может быть восстановлена после реализованного разрушения в результате анализа поверхности излома.

воздействия Х\, Х2, ..., Xj, каждый из которых приводит к эквидистантному смещению зависимости (1.4) по отношению к выявленной аналогичной зависимости для тестовых условий, в которых определена величина константы (Д,)0. К одному и тому же объему пластически деформируемого материала можно прийти разными способами, варьируя параметрами соотношения (1.5). При этом диапазон изменения объема пластически деформируемого материала до наступления разрушения ограничен способностью (свойство) материала реализовывать свои пластические свойства. Это свойство в полной мере может быть реализовано в тестовых условиях опыта, что соответствует затратам энергии на деформирование материала. Поэтому зависимость объема пластически деформируемого материала от напряженного состояния в тестовых условиях опыта становится энергетической характеристикой способности материала реализовывать работу пластической деформации независимо от способа подвода энергии к нему. Она показывает способность любого объема металла к пластическому деформированию, в том числе перед вершиной концентратора напряжений или трещины во всем возможном диапазоне изменения степени стеснения пластической деформации.

разрушения в этом случае полностью определяется суммой затрат энергии на упругое деформирование материала, предшествующее возникновению трещины, и энергии образования свободной поверх ности, которая является физической характеристикой свойства материала сопротивляться развитию трещин независимо от характера внешнего воздействия. В реальных условиях эксплуатации хрупкие разрушения авиационных конструкций не только недопустимы, но они и редко встречаются.

Медленное деформирование материала может приводить к рост}' трещины не только по плоскостям скольжения, но также и по границам фрагментов в условиях интенсивного наклепа материала и к потере когезивной прочности в субграницах. Такой вид разрушения сосуда под давлением был зарегистрирован в условиях эксплуатации. Трещина распространялась в сплаве 17Х4НЛ по границе раздела двухфазовой структуры между прослойками феррита (ферритная полосчатость) и мартенситной матрицей, В условиях двухосного растяжения под давлением и длительной выдержки под нагрузкой происходило "вязкое отслаивание" феррита по приграничным зонам. Трехточечный изгиб образцов в виде пластин, вырезанных из гидроагрегата вдоль образующей его цилиндрической части, показал, что при скорости деформации 0,1 мм/мин образцы имеют высокую пластичность с остаточной деформацией около 8 % в зоне разрушения. Рельеф излома имел полное подобие рельефу эксплуатационного излома. Это означало, что в условиях эксплуатации вязкость разрушения была реализована полностью, хотя на мезоскопи-ческом масштабном уровне (0,1-10 мкм) разрушение было квазихрупким. Пластическая деформация материала была реализована за счет деформации зерен феррита с формированием неглубоких ямок в момент отслаивания феррита по границам мартенситных игл, что привело к столь значительному утонению стенок ямок, что их можно было выявить только при увеличении около 10,000 крат при разрешении растрового электронного микроскопа около 10 нм.

При растяжении элемента конструкции вся расходуемая энергия затрачивается на упругое деформирование материала и формирование поверхности разрушения. Момент страгивания отвечает точке бифуркации, когда качественно меняется поведение элемента конструкции — он теряет устойчивость. В области хрупкого разрушения материала с усталостной трещиной уровень энергии, необходимый на страгивание трещины, не зависит от того, каким образом было реализовано внешнее воздействие, если при этом условие нормального раскрытия берегов трещины сохраняется. Такую ситуацию принято называть автомодельным поведением материала.

— непрерывный характер сигналов в полуцикле снижения нагрузки характеризует пластическое деформирование материала в вершине трещины;

Любая анизотропия свойств вызывает неоднородное пластическое деформирование материала, что находит свое отражение в изменении предела текучести.

Раскрытие вершины усталостной трещины определяется уровнем остаточных напряжений, возникающих в пределах зоны пластической деформации перед ее вершиной. Это служит основанием для установления корреляции между продвижением трещины в цикле нагружения и радиусом зоны пластической деформации. Возможны две ситуации: упругое и пластическое раскрытие вершины трещины. В первом случае работа пластической деформации осуществляется преимущественно перед вершиной трещины и связана в основном с формированием зоны пластической деформации. Во втором случае происходит и формирование зоны, и пластическое деформирование материала, приводящее к затуплению вершины трещины. За счет возникновения остаточных напряжений в пределах зоны пластической деформации имеет место эффект закрытия трещины, который оказывает влияние на продвижение трещины в цикле нагружения.