11. Работа стали при наличии концентрации

напряжений

При растяжении гладкого образца правильной формы напряжения во всех сечениях, удаленных от места приложения нагрузки, распределяются равномерно и траектории главных напряжений прямолинейны. В местах искажения сечения (у отверстий, выточек, надрезов, трещин) линии глав. напряжений искривляются и, обтекая границы, сгущаются. Сгущение траекторий глав. напряжений хар-ет повышение напряжений в этих местах, а их искривление свидетельствует о появлении двух глав. напряжений ₁ и ₂, т.е. возникновения плоского напряженного состояния. При большой толщине эл-та возникает третье глав. напряжение ₃ и напряженное сост-е будет объемным.

Неравномерность распред-я напряжений хар-ют коэфф. концентрации напряжений: К=_max/_n, где _max – макс. напряжение в месте концентрации; _n=N/A₀ – номинальное напряжение в ослабленном сечении (A₀ – пл-дь ослабленного сечения). Коэфф. концентрации напряжений зависит от радиуса кривизны (остроты) надреза. Чем меньше радиус – тем выше коэфф. концентрации.

При резком перепаде напряжений в однозначном поле растягивающих напряжений пластические сдвиги затруднены. Чем выше концентрация напряжений, тем меньше пластические деформации. Разрушение происходит путем отрыва и носит хрупкий хар-р.

При стат. нагрузках и нормальной темп-ре концентрация напряжений сущ. влияния не оказывает, поэтому при расчетах элементов мк при такого вида возд-х их влияние на прочность не учитывают. Концентрация напряжений особо опасна в конструкциях эксплуатируемых при низких темп-х и при динамических возд-х.

12. Работа стали при повторных нагрузках

При работе стали в упр. стадии повторное загружение не отражается на работе материала, т.к. упругие деф-ции обратимы. В упругопластической обл-ти возникает наклеп. Обл-ть упругой работы увелич-ся, пластичность падает, а сталь становится более хрупкой.

Многократное (миллионы раз) повторное нагружение может привести к разрушению при напряжениях меньше, чем врем. сопротивление и даже предел текучести. Это явление назыв. усталостью металла, а разрушение – усталостным. Сп-ть металла сопротивляться усталостному разрушению называют выносливостью, а напряжение, при к-м происходит разрушение – вибрационной прочностью _bs. Снижение прочности происходит за счет скопления дислокаций в стр-ре металла в одном месте, при этом создается очаг зарождения трещины. При последующих нагружениях деформации в поврежденном месте нарастают. Линии разгрузки не совпадают с линиями нагрузки образую петли гистерезиса.В месте образования трещины металл как бы перетирается, образую гладкие истертые пов-ти, затем трещина быстро развивается и происходит разрыв. Таким образом пов-ть излома имеет две хар-ные области – гладкую истертую и зернистую, а процесс усталостного разрушения проходит три стадии: циклическое нагружение до образования трещины, рост трещины и хрупкий излом.

Вибрационная прочность зависит от числа циклов нагружения n и вида нагружения, к-й хар-ся коэфф. ассиметрии: =_min/_max; от наличия концентраторов напряжений; резкого снижения темп-ры.

Если циклические напряжения превыш. предел текучести, то разрушение может произойти и при числе циклов порядка нескольких тысяч. Такое разрушение называют малоцикловой усталостью. Оно характерно для листовых конструкций резервупров, газгольдеров и т.п., испытывающих периодическое нагружение при заполнении и разгрузку при опорожнении при снятии внутр. давл-я.

Повысить усталостную прочность можно путем снижения концентраторов напряжений; создания в местах концентрации напряжений сжатия.