22. Работа под нагрузкой растянутых элементов. Учет ослаблений и предельной гибкости.
Работу стали при одноосном напряжении можно проследить по испытанию образца на растяжения (рис.1.4.).
В стадии 1 до предела пропорциональности Ơр связь между напряжением и деформациями подчиняется закону Гука (Ơ=Еε) – это стадия упругой работы.
Деформации происходят за счет упруго возвратных искажений кристаллической решетки и исчезают после снятия нагрузки.
|
|
|
|
Рис.1.4. Диаграмма растяжения стали и образование шейки
При дальнейшем увеличении нагрузки (стадия 2) появляются отдельные сдвиги в зернах феррита, дислокации начинают скапливаться около границ зерен; прямая пропорциональность между напряжениями и деформациями нарушается (участок упруго пластической работы между Ơр и Ơy). Последующее увеличение напряжений приводит к интенсивному движению дислокаций и увеличению их плотности, развитию линий сдвига в зернах феррита; деформации растут при постоянной нагрузке. На диаграмме появляется площадка текучести (стадия 3).
Протяженность площадки текучести низкоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей составляет 1,5 – 2,5%.
Развитие деформаций происходит в результате упругого деформирования и необратимых пластических сдвигов. При снятии нагрузки упругая часть деформаций исчезает, а необратимая остается, приводя к остаточным деформациям (линия разгрузки идет параллельно упругой части линии нагрузки).
Дальнейшее развитие деформации сдерживается у границ зерен. Линии сдвига искривляются, движение дислокации затрудняется, и рост деформаций возможен только при увеличении нагрузки (стадия 4 – самоупрочнение), материал работает как упругопластический.
При напряжениях, близких к временному сопротивлению (Ơu) продольные и поперечные деформации локализуются в наиболее слабом месте, и в образце образуется шейка. Площадь сечения шейки интенсивно уменьшается, напряжения в месте сужения растут, поэтому, несмотря на то, что нагрузка на образец снижается, в месте образования шейки нарушаются силы межатомного сцепления и происходит разрыв.
Площадка текучести свойственна сталям с содержанием углерода 0,1-0,3%.
П
ри
работе конструкции в упругопластической
области диаграмму работы стали Ơ - ε
можно упростить в сторону некоторого
запаса и заменить идеализированной
диаграммой упругопластического тела,
совершенно упругого до предела текучести
и совершенно пластичного после него
(диаграмма Прандтля, рис.1.5.).
|
|
|
|
Рис.1.5. Идеализированная диаграмма работы стали
При сжатии коротких образцов, которые не могут потерять устойчивость, сталь ведет себя также как и при растяжении, т.е. предел пропорциональности, предел текучести и модуль упругости совпадают.
Однако разрушить при сжатии короткие образцы, изготовленные из пластической стали, и определить временное сопротивление не представляется возможным, поскольку образец сжимается и в конечном результате расплющивается. Высокопрочные стали, с пониженной пластичностью, могут разрушаться по наклонному сечению от среза.