Разрушающим напряжениям

На рис. 55 приведено сопоставление расчетных и экспериментальных значений деформаций поверхности соединения в образце LSA-20-1 в районе нахлестки. Такие же данные для соединения в образце LSA-62-1 приведены на рис. 56. Как видно, совпадение теоретических и экспериментальных результатов по определению продольных деформаций удовлетворительное и на поверхности композита и на поверхности титана. На этих рисунках показаны также поперечные деформации на поверхности композита, теоретические значения которых должны быть равны нулю из-за принятия гипотезы о плоской деформации. Вычисленные распределения сдвиговых и нормальных напряжений, соответствующие расчетным разрушающим нагрузкам, показаны на рис. 57 для соединений в одностороннюю нахлестку (LSA-20) и на рис. 58 для соединений в двустороннюю нахлестку LSA-62). Поскольку предельные нагрузки и деформации на поверхности совпадают с экспериментально определенными, то и распределения напряжений, очевидно, достаточно хорошо соответствуют действительности. Следует отметить, что касательные напряжения у края соединения фактически достигают максимума примерно^та расстоянии толщины склейки от каждого края, а не на самом краю, поскольку там они должны обращаться в ноль. Так как уравнения были

Наиболее распространенным методом измерения адгезионной прочности является вытягивание волокон из отливки смолы (рис. 14). На рис. 14, а приведены схема испытательной установки и ее наиболее важные части. Результаты испытания (рис. 14, б) соответствуют либо нагрузке в момент разрыва волокон (растяжение) , либо нагрузке в момент вытяжки волокон из матрицы (сдвиг). Прямые линии, проведенные через точки, соответствующие разрушающим нагрузкам при сдвиге и растяжении волокон, пересекаются в точке, определяющей так называемую критическую длину волокна, при которой в матрице достигается полностью напряженное состояние ,(рис. .14,6). Следует отметить, что эта длина очень незначительна; для данной системы она составляет величину всего лишь трех диаметров волокна. Результаты, полученные при повышенной температуре, приведены на рис. 14,0, откуда легко определить критическую длину волокна. Очевидно, она зависит как от температуры испытания, так и от свойств компонентов, входящих в состав композита. В работе [21] описан еще

— — допускаемым (разрушающим) нагрузкам 168, 189, 190, 192—194, 209, 212, 213, 593

(по разрушающим нагрузкам)

-----по разрушающим нагрузкам для

-----по разрушающим нагрузкам для

— Запас прочности по разрушающим нагрузкам 442

7-1. РАСЧЕТ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ И РАЗРУШАЮЩИМ НАГРУЗКАМ

на основании испытания моделей и натурных образцов. По результатам этих испытаний получали эмпирические или полуэмпирические зависимости. Если расчет по разрушающим нагрузкам и соответствующим значениям временного сопротивления дает большую толщину стенки, чем расчет по предельным нагрузкам (по переходу в пластическое состояние), то окончательные формулы

для расчета толщины стенки и допускаемого давления принимаются по разрушающим нагрузкам.

7-1. Расчет по предельным и разрушающим нагрузкам . 359 7-2. Коэффициенты запаса прочности и допускаемые напряжения ............ 362

Получаем, что для учета пластической зоны достаточно в формуле коэффициента интенсивности напряжений заменить полудлину трещины i на 4>+гу. В этом состоит так называемая поправка на пластическую деформацию при вычислении Кс по формуле для К. Эта поправка расширяет область справедливости линейной механики разрушения: по разрушающим напряжениям в сторону их увеличения, по практическим длинам трещин в сторону их уменьшения. При плоской деформации пластическую поправку (в силу ее малости) можно не вводить,

Получаем, что для учета пластической зоны достаточно в формуле коэффициента интенсивности напряжений заменить полу-длину трещины I на 7 + г„. В этом и состоит так называемая поправка на пластическую деформацию при вычислении Кс по формуле для К. Эта поправка расширяет область справедливости линейной механики разрушения: по разрушающим напряжениям в сторону их увеличения, по критическим длинам трещин — в сторону их уменьшения. При плоской деформации пластическую поправку (в силу ее малости) можно пе вводить.

Пример 'Л. Приведем результаты испытаний крупногабаритных модельных образцов, имеющих форму диска со срезанными сегментами. Если такой диск нагружать центробежными силами, вращая его в своей плоскости, то в центральной части диска (где располагалась заранее созданная трещина) возникает двухосное растяжение с отношением главных напряжений один к двум, как ато имеет место в стенке цилиндрического сосуда давления. Диски толщиной 150 мм были изготовлены из стали 24X211МФА, (а„-~ = 800 Н/мм2, от =-(>(>() (1/Mvr) и имели трещину -в одном случае прямоугольную, а в другом — полузллиптическую (//(2с) принимает значения в диапазоне от 1/3 до 1/4). Результаты так называемых разгонных испытаний приведены па рис. 35.8. Критические напряжения вычислялись через разрушающее число оборотов диска по известным формулам сопротивления материалов, а предел трещиностойкостп—но (33.3). Пз уравнения (33.5) находим зависимость разрушающих напряжении от длины трещины для разных показателей степени г/. Па рис. 35.8 даны критические диаграммы и пределы трещппостопкости для разных значений q. Видно, что наилучшее совпадение с опытом дает <\ ~ 4 (здесь Кг — 7800 Н/мм1''2). Отметим, что значения пределов трещнностой-кости, подсчитанные но разрушающим напряжениям для трещин разной формы совпали между собой [27J.

В варианте теории наибольших нормальных напряжений для однонаправленных композитов Стоуэлла и Лью [15] прочность слоя в направлении волокон принята равной разрушающим напряжениям для волокон арматуры, а пределы прочности слоя по касательным и нормальным напряжениям

Обобщением экспериментальных результатов является диаграмма, приведенная на рис. 2. Кривая / характеризует долговечность незапрессованной в колесо оси. Такая ось не сломается, если значения напряжений и срока службы располагаются ниже этой кривой. При появлении трещины в такой оси она неминуемо разрушится при дальнейшем увеличении срока службы. Кривая 2 соответствует разрушающим напряжениям для осей с запрессованными на них колесами, т. е. при напряжениях и сроке службы, расположенных выше этой кривой, происходит поломка оси. Кривая 5, построенная для осей с запрессованными колесами, характеризует предельные напряжения и долговечность,

где V — объем материала, напряжения в котором постоянны и равны разрушающим напряжениям о, а дефекты можно рассматривать как потенциальные очаги зарождения микротрещин; V0 — элементарный объем, прочность которого равна ст0.

В связи с этим оценка склонности реакторных сталей к хрупкому разрушению по результатам испытаний стандартных образцов на ударную вязкость принималась необходимой, но недостаточной для предотвращения опасности хрупкого разрушения. В конце 50-х—начале 60-х годов в СССР, США и Англии были проведены испытания крупногабаритных образцов толщиной от 50 до 250 мм и шириной от 200 до 1200 мм [2, 7, 14, 16]. Эти образцы имели острые надрезы типа дефектов и трещин, сварные швы; часть образцов подвергалась предварительному деформационному старению. Для испытаний таких образцов были использованы уникальные установки с предельными усилиями от 1500 до 8000 тс (15—80 МН). По результатам проведенных испытаний была определена область критических состояний, характеризуемых резким уменьшением прочности и пластичности реакторных сталей как для стадии возникновения, так и для стадии развития хрупких трещин. В последнем случае при температурах ниже критических разрушающие напряжения оказывались весьма низкими (0,05— 0,15 от предела текучести). При наличии высоких остаточных напряжений от сварки разрушения крупногабаритных образцов с дефектами также происходили при низких номинальных напряжениях от нагрузки. Этими опытными данными была обоснована необходимость расчета прочности атомных реакторов [5] по критическим температурам Тк хрупкости и разрушающим напряжениям акр в хрупких состояниях с введением запасов [Д7] и лкр соответственно, а также важность проведения термической обработки для снятия остаточных напряжений.

Указчнные величины коэффициентов! концентрации и влияния абсолютных, размеров для валов с напрессовками соответствуют разрушающим напряжениям в детали. Коэффициенты ---- для)

эюго случая, соответствующие началу образования трещин, будут в 1,5-т- 2,5 раза выше приведенных на фиг. 39. В расчет вводятся коэффициенты по разрушающим напряжениям или по напряжениям, соответствующим началу образования трещины в зависимости от ответственности и условий эксплуатации деталей.

Значения $, указанные на фиг. 72, определены по разрушающим напряжениям. Значения (J, определяемые по пределам выносливости, соответствующим началу образования трещины, могут быть выше.

Указанные величины коэффициентов концентрации и влияния абсолютных размеров для валов с напрессовками соответствуют разрушающим напряжениям