загрузка...
 
3.2 Схеми напруженого стану при механічних випробуваннях 
Повернутись до змісту

3.2 Схеми напруженого стану при механічних випробуваннях 

Залежно від характеру дії зовнішніх сил матеріал виробу (зразків) піддаватиметься різним видам напружень (рис. 3.8). Схема дії навантажень використовується для класифікації механічних випробувань.

Результати механічних випробувань значною мірою визначаються схемою напруженого стану, яка задається в зразку умовами його навантаження. Один і той самий матеріал може проявляти різко різні характеристики міцності й пластичності, якщо його випробовувати при різних схемах напруженого стану.

 

Рисунок 3.8 – Схема дії стискних (а), розтягувальних (б), скручувальних (в), зрізувальних (г) і згинальних (д, е) навантажень

Усього  таких  схем  існує  вісім.  Вони  наведені в табл. 3.1 разом із відповідними тензорами напружень і прикладами реалізації в різних випробуваннях та умовах експлуатації.


Таблиця 3.1 – Схеми напружених станів (за Я. Б. Фрідманом)

Напружений стан

Схема напруженого стану

Тензор напружень

Приклади реалізації

1

2

3

4

5

Лінійний

 

 

Одновісне розтягування

 

S1 > 0

Випробування  на   розтягування зразків  без надрізу (до утворення шийки)

Одновісне стискування

 

S3 < 0

Випробування  на стискування (за відсутності    тертя на   поверхнях торців)

Плоский

Двовісне розтягування

 

S1 > 0; S2 > 0

Вигин   широкого   зразка (S1 ? 4S2). Тонкостінний циліндр, що піддається      внутрішньому тиску  й осьовому розтягуванню

Плоский

 

 

Двовісне стискування

 

 

S2 < 0; S3 < 0

Кільцеве     стискування    зразків  по   боковій    поверхні  (S3=S2)

 

 

Різнойменний       плоский напружений стан

 

 

S2 > 0; S3 > 0

 

Кручення циліндрового      стрижня      (S1 = -S3)

 

 

 

Об'ємний

Тривісне розтягування

 

S1 > 0; S2 > 0; S3 > 0

Гідростатичне розтягування в центрі кулі, що нагрівається (S1=S2=S3). Розтягування циліндрового   зразка з надрізом  (у центральних  зонах, де  S1>S2,  S2 ? S3)

 

Об'ємний

 

 

Тривісне стискування

 

 

S1 < 0; S2 < 0; S3 < 0

Гідростатичне стискування. Випробування на твердість вдавлюванням індентора

 

Різнойменний   об'ємний напружений стан

 

S1 > 0; S2 < 0; S3 < 0

Розтягування    зразка     з шийкою   під   гідростатичним тиском

 


Наведені в табл. 3.1 схеми можна застосувати лише в області пружної і рівномірної деформації. У процесі реальних випробувань, особливо після початку зосередженої пластичної деформації, ці схеми можуть значно змінитися.

Схема напруженого стану впливає на механічні властивості й особливо на характеристики деформації (пластичності) через співвідношення стискних і розтягувальних напружень. Стискні напруження більшою мірою сприяють прояву пластичності, ніж розтягувальні  (в умовах   гідростатичного стискування руйнування взагалі не відбувається). Тому чим більша роль стискних напружень у схемі напруженого стану, тим вона вважається «м'якшою», оскільки при її реалізації деформаційна здатність матеріалу більша.

Для кількісної оцінки «м'якості» схеми напруженого стану Фрідман запропонував розраховувати спеціальний коефіцієнт м'якості

                                           ,                                   

де   tmax – максимальне дотичне напруження;

        – найбільше зведене головне нормальне напруження.

За другою теорією міцності

де ? - коефіцієнт Пуассона.

Тоді                                        

У багатьох металів коефіцієнт Пуассона приблизно однаковий – v ? 0,25, і величину ? можна розраховувати за рівнянням

Значення того, чому відношення  повинне характеризувати «м'якість» схеми напруженого стану, зводиться до такого. Величина tmaх визначає легкість початку пластичної деформації, а  – крихкого відриву. Якщо, , то при навантаженні зразка, перш ніж відбудеться крихке руйнування, почнеться пластична деформація яка завадить крихкому відриву.  Якщо ж , то руйнування може відбутися до появи пластичної деформації. Тому чим більше tmах і менше(тобто більше ?), тим більше сприятливі умови для розвитку пластичної деформації.

У той же час величина ? визначається співвідношенням стискних і розтягувальних напружень. У табл. 3.2 наведені значення коефіцієнта м'якості для випробувань декількох видів з різними схемами напруженого стану.

Таблиця 3.2 – Коефіцієнт «м'якості» ? при випробуваннях  різних видів

Вид випробування

 

 

Головні   нормальні

напруження

 

?

 

S1

S2

S3

Тривісне розтягування

Одновісне розтягування   

Кручення    

S

S

S

S

0

0

S

0

- S

0

0,5

0,8

Одновісне стискування  

0

0

- S

2

Тривісне стискування

- S

-(7/3) S

-(7/3) S

4

В умовах тривісного розтягування, коли стискних напружень у схемі напруженого стану немає (? = 0), ця схема відрізняється максимальною «жорсткістю», тобто здатність матеріалу деформуватися в таких умовах мінімальна. Навпаки, при гідростатичному стискуванні матеріал повинен проявити максимальну пластичність — тут ? = 4. Тому деякі метали і сплави, що відрізняються крихкістю при малих значеннях ? (наприклад, сірий чавун, загартована сталь, інтерметаліди), можуть деформуватись і безпечно служити в умовах м'якших схем напруженого стану.

Необхідно підкреслити, що абсолютні значення «коефіцієнта м'якості» не дозволяють кількісно оцінювати характеристики деформації (?, ? та ін.). Величина ? може і повинна застосовуватися лише для порівняльної оцінки «м'якості» різних випробувань.



загрузка...