2 Механические свойства сварных соединений

2.1 Некоторые сведения из теорий упругости и

пластичности

2.1.1 Диаграмма растяжения металлов, условные и действительные напряжения и деформации

Определение некоторых механических свойств металлов производят, используя простые схемы нагружения, преимущественно растяжение.

Основной механической характеристикой, используемой в расчетах, является условный предел текучести s_0,2. При его определении принимается, что остаточная пластическая деформация составляет 0,2%.

Временным сопротивлением (s_в) называются условные напряжения, соответствующие наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.

Истинное сопротивление разрыву (S к) определяется аналогично временному сопротивлению, однако принимается истинная площадь сечения образца после разрушения.

Также при испытаниях на одноосное растяжение определяют основные характеристики пластичности – относительное удлинение и относительное поперечное сужение.

Методы испытания на одноосное растяжение стандартизированы. Су­ществуют отдельные стандарты на испытания при комнатной температуре ГОСТ 1497 – 84, при повышенных до 1473 К (ГОСТ 9651 – 84) и пони­женных от 263 до 173 К (ГОСТ 22706 – 77) температурах.

В этих ГОСТах определены характеристики, которые оценивают при испытаниях, приведены типовые формы и размеры образцов, указаны основ­ные требования к испытуемому оборудованию, описана методика проведе­ния испытания и подсчета результатов.

Для испытания на одноосное растяжение применяют цилиндрические или плоские образцы. Кроме основной рабочей части образцы имеют специальные головки различной формы для крепления в захватах испытательной машины.

При растяжении получают диаграмму зависимости условных напряжений от условных деформации ,

где Р - сила, F_o - первоначальная площадь сечения, Δl - абсолютное удлинение образца, l₀ - первоначальная длина образца.

Относительное удлинение:

,

поперечное сужение:

,

где F_k - площадь минимального сечения шейки образца после разрыва.

Действительные напряжения:

,

где F - действительная площадь сечения образца в шейке в момент разрушения σ_д ≥ σ.

Истинная (действительная) деформация (логарифмическая)

Действительная деформация является суммой (интегралом) бесконечно малых приращении относительных деформации .

При малых значениях Δl величина ε_д мало отличается от ε, при больших удлинениях ε_д < ε.

Теории упругости и пластичности оперирует σ_д и ε_д

2.1.2 Продольная и поперечная деформация, закон

постоянства объема при деформации (обозначения относятся σ_д и ε_д)

Полная деформация состоит из упругой и пластической:

ε_прод = ε_прод.у + ε_{прод.пл}

Коэффициент поперечной деформации (Пуассона) в пределах упругих деформаций для сталей по абсолютной величине:

.

За пределами упругости приращение продольных пластических деформаций вызывает поперечную деформацию с коэффициентом μ=0,5 по каждому поперечному направлению. Поэтому коэффициент Пуассона, обозначенный за пределами упругости как μ, изменяется по мере роста пластической деформации от μ до 0,5:

; μ ≤ μ ≤ 0,5.

Так как пластическая составляющая деформации имеет

μ_пл = 0,5, то это означает, что изменения объема от пластических составляющих деформации не происходит:

ε_Хпл + ε_Yпл + ε_Zпл = 0,

где ε_Хпл, ε_Yпл, ε_Zпл - действительные пластические деформации в направлении осей х, у, z.

В случае главных осей

ε_1пл + ε_2пл + ε_3пл = 0,

где ε_1пл, ε_2пл, ε_3пл соответственно пластические деформации в направлении главных осей.