Лекции по прочности двигателей. Лек_Проч_РД!. Конструкционная прочность элементов ла

• Название: Конструкционная прочность элементов ла
• Анкор: Лекции по прочности двигателей
• Дата: 28.06.2022
• Размер: 1.21 Mb.
• Имя файла: Лек_Проч_РД!.doc
• Тип: Анализ; #618558
• страница: 3 из 7

Коррозия. Постепенное повреждение и разрушение конструкций могут быть вызваны растворением и окислением металла в агрессивной среде.

Другие причины разрушения

В новых видах техники, особенно авиакосмической, металлические конструкции работают в условиях, нередко приводящих к повреждениям и отказам новых типов. Например, высокоскоростные потоки высокотемпературных газов с твердыми частицами могут вызывать сильную эрозию поверхности конструкции. Ядерное излучение при больших поглощенных дозах тоже ухудшает характеристики и снижает прочность металлов.

Механические свойства конструкционных материалов.

Рассмотрим подробнее сведения, относящиеся к модели материала.

При внешнем силовом воздействии на реальный материал наблюдается его деформируемость. Причём, деформируемость отдельных частей тела проявляется в первую очередь на поверхности, где можно экспериментально и непосредственно измерять расстояние между фиксированными точками.

При внешнем воздействии на реальные твёрдые тела в каждой их точке развивается напряжение.

В механике деформируемого твёрдого тела предполагается, что характеристики деформированного состояния в каждой точке тела и характеристики напряжённого состояния взаимно обусловлены. При этом характеристиками деформированного состояния считается тензор деформаций. Кроме того, на деформированное состояние в рассматриваемый момент времени может оказывать влияние история деформации, то есть хронологический процесс накопления деформаций. Поэтому в число характеристик деформированного состояния могут входить и интегралы по времени от составляющих тензора деформаций, а также повторные интегралы.

Сказанное относится и к характеристикам напряжённого состояния.

Установление соотношений между характеристиками напряжений и деформаций – так называемых определяющих уравнений – основная задача построения механики деформируемого твёрдого тела.

Выявить такие соотношения между тензорами напряжений и деформаций, их производные и интегралы по времени возможно лишь на основе глубоко обоснованных экспериментов.

В наиболее простых и потому – наиболее распространённых опытах по растяжению и сжатию специальных образцов материалов можно обнаружить свойства упругости, пластичности, вязкости, проследить за влиянием на них скоростей деформирования, температуры и других условий окружающей среды.

Напряжения и деформации при осевом растяжении образцов.

Выявление механических свойств материалов при одноосном растяжении и одноосном сжатии производится с помощью специальных испытательных машин, имеющих захваты для закрепления концов образца и механический либо электромеханический привод для создания нагрузки. Образцы для испытаний механических свойств материалов изготавливаются с цилиндрической или плоской расчётной частью и утолщениями по концам под захваты испытательной машины. Длина расчётной части образца обозначается L₀ , диаметр - d₀, и они выбираются в соответствии с ГОСТ. Различают длинные и короткие образцы. Для цилиндрических образцов установлены соотношения

L₀=10d₀ – для длинных, L₀=5d₀ – для коротких.

Длину плоских образцов связывают с площадью F₀ поперечного сечения

L₀=113 F_{0 –} для длинных, L₀=5,65 F_{0 –}для коротких.

Образец закрепляют в захватах испытательной машины и подвергают действию продольной силы Р, которую регистрируют непрерывно либо дискретно. Разнообразные механические или электромеханические приспособления или приборы позволяют следить за изменением длины расчётной части образца и размеров его поперечного сечения. В результате вычисляются продольное относительное удлинение

L-L₀)L₀, (2.1)

относительная деформация поперечных волокон

d-d₀)/d₀ (2.2)

и нормальное напряжение в поперечном сечении образца

P/F. (2.3)

Часто вместо поперечной деформации удобно оперировать с коэффициентом Пуассона  – взятым с обратным знаком отношением поперечной и продольной относительных деформаций образца

 . (2.4)

Для реального материала с помощью испытательной машины может быть получена диаграмма зависимости напряжения  от деформации . Типичный её вид для конструкционной стали представлен на рисунке 2.1

От точки О до точки А напряжения и деформации прямо пропорциональны друг другу, то есть на участке ОА между ними существует линейная зависимость. Выше точки А линейная зависимость между напряжением и деформацией больше не имеет места, поэтому нагружение, соответствующее точке А, называют пределом пропорциональности. Для конструкционных сталей предел пропорциональности обычно лежит между 210 и 260 МПа, но для легированных сталей он гораздо больше.

При длительном увеличении нагрузки деформация растёт быстрее, чем напряжение, до тех пор, пока в точке В не начинают возникать значительные удлинения без заметного возрастания растягивающей силы. Подобное явление известно под названием течение материала, а напряжение в точке В называют пределом текучести. На участке ВС материал становится пластическим. Фактически стержень может удлиняться в пластическом состоянии в 10,...,15 раз больше, чем до предела пропорциональности. В точке С материал начинает упрочняться, то есть проявлять дополнительное сопротивление увеличению нагрузки. При дальнейшем удлинении напряжение возрастает и достигает в точке D своего максимального значения или предела прочности. Выше этой точки дальнейшее вытягивание образца сопровождается уменьшением нагрузки и, наконец, в точке Е диаграммы начинается разрушение стержня.

При удлинении стержня возникает его боковое обжатие, приводящее к уменьшению площади поперечного сечения.

Это явление не оказывает влияния на вид диаграммы зависимости напряжения от деформации вплоть до точки С, но выше этой точки уменьшение площади поперечного сечения оказывает серьёзное влияние на вычисленные значения напряжения. В стержне образуется четко выраженная шейка (см. рис. 2.2) – и если при вычислении напряжения брать действительную площадь поперечного сечения, расположенного вблизи шейки, то оказывается, что истинной диаграмме зависимости напряжения от деформации соответствует штриховая линия СЕ на рис. 2.1.

Хотя на самом деле полная нагрузка, которую может выдержать стержень после того, как достигнут предел прочности, несколько снижается (отрезок DЕ), но это снижение обусловлено не потерей прочности материала, а уменьшением площади поперечного сечения. Истинные же напряжения в материале возрастают вплоть до точки разрушения (отрезок СЕ). Однако на практике при проведении прочностных расчетов пользуются условной диаграммой зависимости напряжения от деформации ОАВСDЕ, построенной в предположении неизменности площади поперечного сечения образца.

Наличие чётко выраженной площадки текучести и, как следствие, - предела текучести, характерно именно для сплавов. А вот для алюминиевых сталей имеет место более плавный переход от линейной области к нелинейной, как это видно из рисунка 2.3.

Как и в стали, в большинстве алюминиевых сплавов разрушению предшествуют большие деформации, поэтому такие материалы классифицируются как пластические. С другой стороны, так называемые хрупкие материалы разрушаются при значительно более низких уровнях деформации. Примеры последних – стекло, чугун, бетон, керамика и др.

Диаграммы, аналогичные полученным при растяжении, можно получить для различных материалов и при сжатии – и вновь определить такие характерные напряжения, как предел пропорциональности, предел текучести и предел прочности. Экспериментально обнаружено, что для сталей эти характеристики одинаковы как при сжатии, так и при растяжении. Для большинства хрупких материалов характерные напряжения при сжатии гораздо больше, чем при растяжении.