22 Поняття про складний напружений стан

Досліджувати напружений стан в точці – це значить отримати залежності, які дозволяють визначити напруження на будь-які площадці, що проходить через точку. Якщо вирізати навколо довільної точки стрижня поперечними і повздовжніми перерізами нескінченою малий паралелепіпед, на його поперечні гранях будуть діяти тільки нормальні напруження.      Відсутність нормальних напружень на інших гранях є наслідок того, що немає натискання повздовжніх волокон одне на інше. Важливою задачею інженерних розрахунків є оцінка міцності по відомому напруженому стану, тобто по відомим головним напруженням. При лінійному напруженому стані граничне (небезпечне) напруження легко встановити експериментально:   – для пластичних матеріалів,   – для крихких матеріалів. Умова міцності для одноосного напруженого стану:   – розтяг,   – стиск.     При складному напруженому стані експериментально виявити граничні величини головних напружень дуже складно. Для оцінки міцності в умовах будь-якого складного стану, висловлюється гіпотеза про перевагу впливу на міцність того чи іншого фактора. В розрахунках на міцність замінюють складний напружений стан рівно небезпечним (еквівалентним) йому одноосним станом і порівнюють  відповідне  напруження з граничним, отриманим в випробуваннях на простий розтяг. Гіпотези, які вказують на ознаки рівної небезпечності  різних напружених станів, називаються теоріями міцності. Перша теорія міцності – теорія найбільших нормальних напружень (доцільна для досить крихких матеріалів). Друга теорія міцності – теорія найбільших деформацій (доцільна для крихкого стану матеріалу). Третя теорія міцності – теорія найбільших дотичних напружень (доцільна для пластичних і крихких матеріалів). Четверта теорія міцності – енергетична теорія формозмінення (доцільна для пластичних матеріалів):     Часто зустрічаються випадки навантаження брусу, коли в поперечних перерізах діють водночас декілька силових факторів (складний опір). При розрахунках на складний опір виходять з принципу незалежності дії сил, тобто вважають, що впливом деформацій, викликаних однією з прикладених до пружної системи навантажень, на результат дії інших деформацій  можна нехтувати. На диск, який закріплений на кінці брусу, діє сила F. Прикладемо в точці О дві рівних і протилежно напрямлених сили F. Для сили на брус можна представити крутним моментом пари сил і силою F , яка прикладена в точці О і викликає поперечний згин. на кінцях горизонтального діаметру, вісь Y – нейтральна вісь. Для висновку про міцність необхідно визначити головні нормальні і дотичні напруження.    Небезпечний переріз  визначається по епюрам крутних та згинальних моментів. Крутний момент викликає лише дотичні напруження , максимальні значення яких у точках контуру поперечного перерізу. Згинальний діє в площині YOZ, найбільші напруження

23 Крихке руйнування металу

Стальні конструкції можуть руйнуватися в’язко або крихко.

Під крихким руйнуванням розуміють раптове руйнування, яке відбувається при малих деформаціях в межах пружної роботи матеріалу, що дуже небезпечно. При цьому відбувається розрив матеріалу.

Діаграма крихкого руйнування показана на рис.2.5, при цьому сталь руйнується, не досягаючи межі текучості.

Рис.2.5. Діаграма крихкого руйнування

За показник, який характеризує схильність сталі до крихкого руйнування, приймають значення ударної в’язкості, тобто здатність чинити опір удару.

Для її визначення із сталі виготовляють зразки з надрізом з однієї сторони, які піддаються удару на маятниковому копрі (ударний згин, рис.2.6.).

Під час експерименту заміряють кути відхилення маятника до удару і після руйнування зразка. Різниця потенціальних енергій маятника – це робота, затрачена на руйнування зразка.

Ударною в’язкістю називається робота, затрачена на злам зразка, віднесена до площі його перерізу. Вимірюється в Дж/см².

Рис. 2.6. До визначення ударної в’язкості

Для сталі Cт3 ударна в’язкість при нормальній температурі – 70…100 Дж/см².

Чим більша ударна в’язкість, тим якісніша сталь, і тим краще вона працює в умовах динамічних навантажень. Ударна в’язкість сталей різко знижується при пониженні температури (див. графік, рис.2.7.). Ударна в’язкість алюмінієвих сплавів практично не змінюється при зміні температури.

Рис.2.7. Залежність ударної в’язкості

від температури

Одна і та ж сталь залежно від різних умов може руйнуватися в’язко або крихко. Основними факторами, які впливають на роботу сталі і сприяють крихкому руйнуванню, є наступні: наклеп, старіння, нерівномірність розподілення напружень (концентрація напружень), стомленість сталі, вплив температури.