Робота сталі при складному напруженому стані

У випадку складного напруженого стану (наприклад, плоского напруженого стану, коли зразок розтягується у двох напрямках, або при спільній дії нормальних і дотичних напружень при згині) роботу металу прийнято оцінювати через приведені напруження, обчислені за енергетичною теорією

,

де i, ij – відповідно нормальні та дотичні напруження.

Вид напруженого стану впливає на механічні характеристики металу.

Діаграми деформування сталі при різних напружених станах:

	1. 1  0 2 = 3 = 0 2. 1  0 2  0 3 = 0 3. 1  0 2  0 3 = 0 4. 1  0 2  0 3  0
Рис. 2.4. Діаграми деформування сталі при різних напружених станах.

Однозначні плоский і обємний напружені стани (криві 3, 4) значно знижують відносне подовження металу, але підвищують характеристику міцності.

Напруження різних знаків сприяють розвитку пластичних деформацій (крива 2), але погіршують характеристики міцності. Таким чином, можна сказати, що складний напружений стан завжди погіршує експлуатаційні якості металу. У першому випадку підвищується крихкість металу, у другому – знижується його міцність.

У випадку простого згину при дії нормальних і дотичних напружень приведені напруження обчислюються

Для плоского напруженого стану

Через головні напруження ₁, ₂ , ₃

Робота сталі при концентрації напружень Негативно впливають на міцність конструкцій концентратори напружень. До концентраторів належать будь-які зміни форми зразка (отвори, надрізи).

У гладких зразках правильної форми напруження у всіх перерізах розподіляються рівномірно, а силові лінії прямолінійно.

Рис. 2.5. Траєкторії головних напружень та їх концентрація в місцях зміни перерізу.

Якщо в плоскому зразку створити отвори чи надрізи, лінії силового потоку будуть огинати нові межі. Відхилення силових ліній від прямої свідчать про наявність напружень, що діють у двох напрямках, тобто виникає двоосний напружений стан. Відношення найбільшого напруження у місці концентратора до середнього напруження по перерізу зразка має назву коефіцієнта концентрації.Чим менший радіус кривизни концентратора, тим вище значення коефіцієнта концентрації.

Наявність поблизу концентраторів складного напруженого стану з високим рівнем напружень створює умови крихкого руйнування та утворення тріщин. Тому при конструюванні необхідно уникати гострих концентраторів, а спряження виконувати плавно.

Концентрація напружень не дуже впливає на міцність при статичних навантаженнях.

При динамічних навантаженнях, низьких температурах, пластичних деформаціях, які виникають у процесі холодного оброблення металу, концентратори значно знижують пластичність сталі.

Старіння металу

Старінням називають властивість матеріалу змінювати свою структуру і властивості з часом. Це пов'язано з тим, що, незважаючи на невелику розчинність вуглецю у фериті, з часом атоми вуглецю дифундують до меж зерен. Кількість крихкого карбіду заліза збільшується. Внаслідок цього зростає міцність сталі, але знижуються її пластичність та опір крихкому руйнуванню, динамічним навантаженням. Старіння прискорюється під дією змінних напружень, підвищенні температур.