книги из ГПНТБ / Гольденблат И.И. Теория ползучести строительных материалов и ее приложения

Таблица 4

Механические свойства стали У7

В настоящее время в СССР и других странах исследователи интенсивно изучают зависимости механических свойств различ­ ных металлов и сплавов от температуры [4].

Деформации под действием внезапно приложенных нагрузок ударного типа. Проведено довольно большое число испытаний на ударную нагрузку образцов, изготовленных из стали, меди, алюминия и других материалов.

Интересные экспериментальные работы над медными стерж­ нями и медной проволокой проведены Уайтом и Гриффитзом [14], установившими, что остаточные деформации, максимальные в окрестности точки удара, остаются постоянными на некотором конечном расстоянии от этой точки и затем монотонно убывают до определенного расстояния от нее. Далее следует вторая об­ ласть постоянной остаточной деформации и вторая область уменьшения деформации и т. д. Все это показано на рис. 1.13.,

Эти же авторы нашли величину критической скорости удара для меди. При скоростях удара выше критической разрушение образца наступает в окрестности конца его, подвергнутого уда­ ру, а остающаяся часть образца получает малые деформации или совсем не деформируется. Если скорость удара ниже крити­ ческой, го деформируется весь образец (по крайней мере до той точки в очень длинном образце, где деформации естественно затухают).

Серию интересных экспериментов провел Тэйлор [15]. На рис. 1.14 дана полученная им кривая зависимости ад.т от ат.

Отношение возможности максимального динамического пре­ дела текучести к статическому ад.т: ат зависит от величины статического предела текучести стали. Результаты проведенных

Рис. 1.13. Расчетная кривая, показывающая окончательное деформи­

ций в длинном стержне из отожженной меди: скорость удара 61 м/сек; время соударения 1/600 сек.; общее остаточное удлинение 9,59

Рис. 1.14. Опыты с падающим шариком

20

граммы на этих рисунках соответствует значению среднего на­ пряжения и средней деформации во время удара.

■ На рис. 1.17 показано влияние скорости деформаций на ди­ намический предел текучести стали. На рис. 1.18, 1.19, 1.20 и

Скорость деформации,1/сек (Лоеарифмическая шкала)

Рис, 1.17. Влияние скорости деформации на динамиче­ ский предел текучести

50

• Начальная длина 2.03см

Рис. 1.18. Влияние скорости удара на динамиче­ ский предел текучести при сжатии для цилиндри­ ческих снарядов из среднеуглеродистой стали

1.21 показана зависимость динамического предела текучести для стали и дюралюминия от скорости удара. Из рис. 1.19 вид­ но, что при повышении скорости удара от 422 до 2 854 м!сек увеличение предела текучести незначительно, но все же динами­ ческий предел текучести превышает его статическое значение более чем в 2 раза. На рис. 1.22 приведены результаты испыта­ ний на удар балок из отожженной меди.

22

Мы ограничимся этими краткими данными о процессе дефор­ мации различных материалов под действием удара, так как они достаточно ясно иллюстрируют характерные особенности этого процесса.

Рис. 1.19. Влияние скорости удара на динамический предел текучести при сжатии для цилиндрических образцов из мягкой углеродистой стали

Рис. 1.20. Предел текучести при сжатии для цилиндрических образцов из дюралюминия

В последние годы процесс деформации под действием удара стержней, изготовленных из упруго-пластического материала, подвергнут также глубокому теоретическому изучению. Наибо­ лее значительные результаты в этой области получены советски­ ми исследователями А. Ю. Ишлинским, В. В. Соколовским, Н. X. Рахматулиным и др. [6, 7, 10, 12 и др.].

Деформации вследствие фазовых превращений. Как извест­ но, металлы (а также многие другие химические элементы) мо-

23

гут иметь различную кристаллическую структуру. Переход от одной кристаллической структуры к другой всегда происходит при определенных температурах и давлениях. Это явление носит

Рис. 1.21. Зависимость динамической прочности от статической

/ — сталь; 2 — дюралюминий

железо известно в формах а, р, у; олово известно в формах серо­ го и белого и т. д.

Фазовые переходы (или аллотропические превращения) при­ водят к изменению объема вещества. Иногда это изменение

Рис. 1, 22. Кривая смещений для стержня из отожженной меди. Ско­ рость удара 29 м/сек; продолжительность соударения 3,44 м/сек

--------- экспериментальная кривая;

--------теоретическая кривая;

— •— теоретическая кривая в предположении, что стержень упругий

объема незначительно; при превращениях различных сортов стали изменения объема составляют не более 1—2%. Иногда фазовые превращения сопровождаются 'значительными измене­ ниями объема. Так, например, превращение белого олова в

24

серое (этот переход происходит при температуре 18°) связано с увеличением объема на 26°/о. Это увеличение объема вызывает столь значительные дополнительные напряжения, что затруд­ няется процесс превращения одной формы элемента в другую, вследствие чего этот процесс может протекать только на поверх­ ности олова.

Фазовые превращения в стали были открыты более 80 лет назад великим русским ученым, основателем металло­ ведения Д. К- Черновым.

Возникающие при фазовых превращениях напряжения не­ редко служат причиной обра­ зования трещин (флокенов) в стальных изделиях. Значи­ тельные напряжения, связан­ ные с фазовыми - переходами, могут возникнуть в процессе закалки стальных изделий, в процессе изготовления свар­ ных стальных конструкций и т. д. Так как напряжения, возникающие при фазовых пе­ реходах, затрудняют дальней­ шее течение этих переходов, то в стальных конструкциях, подвергшихся действию высо­ ких температур, мы обычно

имеем дело с неравновесным состоянием, и только длительный процесс деформации ползучести металла приводит а конце кон­ цов к равновесию.

В последние годы обнаружены аллотропические превращения, связанные со значительными изменениями объема при высоких и сверхвысоких давлениях. Рис. 1.23 дает об этом наглядное представление [1].

2. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ПОЛЗУЧЕСТИ НЕКОТОРЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

а) Ползучесть гипса. В строительной промышленности полу­ чили довольно широкое распространение различные виды гипса (обычный, высокопрочный, демпферный гипс, гипсобетон). Гип­ совые конструкции, удовлетворительно работающие в воздушно­ сухом состоянии, обнаруживают «катастрофическую» ползучесть при наличии увлажнения. Ползучесть гипса была подробно ис­ следована акад. П. А. Ребиндером и его сотрудниками [1]. П. А. Ребиндером построена физико-химическая теория ползу­

25

чести гипса. На рис. 1.24 показаны типичные кривые ползучести гипса. Кривые получены на основании изучения изгиба гипсовых призматических брусков постоянного сечения. Кривая / отно­ сится к случаю изгибания образцов в воздухе. Мы видим, что деформация остается постоянной, т. е. ползучесть отсутствует. Кривая II относится к случаю ползучести при обильном смачи­ вании образцов водой и кривая III —при смачивании их 10— 30%-ным водным раствором СаС1гКрайние точки кривых II и III соответствуют наступлению разрыва.

Акад. П. А. Ребиндером разработаны методы борьбы с пол­ зучестью гипса (гидрофобизация гипса, введение крупнозерни­ стых армирующих заполнителей).

б) Пластичность и ползучесть каменных материалов. Изуче­ нию пластических свойств и свойств ползучести каменных ма­ териалов посвящено небольшое число исследований. Они пока­ зали, что хрупкие каменные материалы могут обнаружить спо­ собность к значительным пластическим деформациям и дефор­ мациям ползучести в условиях высокого всестороннего сжатия. На рис. 1.25—1.30 наглядно иллюстрировано это положение.

Следует отметить, что механизм и характер пластической деформации металлов сильно отличаются от механизма и харак­ тера пластической деформации каменных материалов; сопостав­ ление явлений, наблюдающихся в металлах и минералах, при­ ведено в табл. 5, составленной Л. А. Шрейдером [12].

в) Ползучесть дерева. Исследования Ф. П. Белянкина, Ю. М. Иванова [5] и др. показали, что величина деформации дерева в высокой степени зависит от продолжительности действия на­ грузки. Исследования показали также, что если приложенные напряжения не превосходят известных пределов, деформация ползучести носит затухающий характер, в противном случае деформация ползучести нарастает со временем вплоть до раз­ рыва. Это явление иллюстрируется схемами, показанными на

26

Относительное статие в %

Рис. 1.25

6г<6г

не/смг

10000 -

7500

Относительное статие 6 %

Рис. 1.26

не/смг

Рис. 1.27

27