Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Інженерне поняття міцності: зовнішні та внутрішні сили; граничний стан; процеси руйнування; умова міцності; рівняння стану.




Руйнування зварних швів

1.3.1.Інженерне поняття міцності: зовнішні та внутрішні сили; граничний стан; процеси руйнування; умова міцності; рівняння стану.

1.3.2. Робочі і з'єднувальні зварні шви.

1.3.3.Руйнування різних типів зварних швів.

Інженерне поняття міцності: зовнішні та внутрішні сили; граничний стан; процеси руйнування; умова міцності; рівняння стану.

Зовнішні та внутрішні сили. Під інженерним поняттям „міцність” розуміється здатність тіла чинити опір навантаженню від дії зовнішніх сил. Сили, що прикладені до тіла внаслідок взаємодії тіл звуться зовнішніми. Зовнішні сили бувають об’ємними, якщо вони прикладені до усіх точок тіла (наприклад, сили інерції) та такі, що прикладені до поверхні тіла (зосереджені або розподілені). Вони бувають в залежності від характеру зміни у часі одноразові або багаторазові (циклічні), статичними, якщо сили інерції незначні, та динамічними, якщо вони призводять до значного прискорення елементів конструкції.

Під впливом зовнішніх сил, або інших причин (наприклад, нерівномірного нагріву), внаслідок дії одних частин тіла на інші частини тіла утворюються внутрішні сили. Розглядають три види внутрішніх сил: подовжні сили, поперечні сили та моменти.

Внутрішні сили визначаються за допомогою метода перерізів. Він полягає в умовному перерізі тіла у бажаному місці, після чого відкидається одна частина і записується умови рівноваги для залишеної частини, на яку діють зовнішні сили та внутрішні сили, які виникли в результаті взаємодії залишеної і відкинутої частин тіла (складаються рівняння рівноваги).

Для статично невизначених систем необхідно складати додаткові рівняння, наприклад, рівняння для деформацій частин тіла.

Дія внутрішніх сил призводить до виникнення напружень та деформацій (напружено – деформованого стану ).

Граничний стан. В інженерному сенсі вважається, що тіло втрачає міцність („руйнується”) при настанні граничного стану.

Граничний стан – це такий стан металу в будь - якому локальному об’ємі тіла (конструкції), для якого приймається, що при його досягненні має місце руйнування на макроскопічному рівні. Цей стан залежить від процесів, що призводять до руйнування. Ці процеси, перш за все, залежать від властивостей матеріалу, режиму і інтенсивності навантаження, терміна навантаження, температури та напружено-деформованого стану в локальних об’ємах.

Процеси руйнування. На макроскопічному рівні розглядають такі основні процеси руйнування:

- активне пластичне деформування;

- крихке руйнування;

- втомленість;

- повзучість,

Процес активного пластичного деформування реалізується в умовах безперервного повільного (статичного) збільшення навантаження і призводить до вичерпання пластичних властивостей металу в макрооб’ємі і, як наслідок, його руйнування.

Крихке руйнування - це руйнування при незначній, як правило, пружній деформації, коли повне руйнування реалізується за рахунок потенційної енергії, накопиченої до моменту початку руйнування без додаткового збільшення навантаження або за рахунок зовнішнього навантаження. Для крихкого руйнування специфічним є локальне руйнування у вигляді тріщин. Процес тріщиноутворення складається з двох етапів: перший - зародження тріщини, другий - її розповсюдження. Перший етап оцінити аналітичним шляхом неможливо. Проведення випробування на ударну в’язкість дозволяє отримати лише порівняльну характеристику матеріалу, а саме — роботу, яку необхідно затратити на зародження тріщини та її розповсюдження без урахування напружено-деформованого стану в локальному об’ємі. Вірогідність розповсюдження тріщини з урахуванням напружено-деформованого стану можливо оцінити аналітичним шляхом тільки при наявності відомостей про критичне значення так званого коефіцієнта інтенсивності напружень К

Під терміном „втомленість” мається на увазі процес послідовного накопичення пошкоджень при повторно-змінному навантаженні, що призводить до виникнення тріщини, її розповсюдження та руйнування. Виникнення тріщини є наслідком вичерпання пластичних можливостей матеріалу в якомусь об’ємі, оскільки при кожному циклі „навантаження-розвантаження” (при умові, що навантаження супроводжується пластичною деформацією, а розвантаження йде пружно) має місце формування залишкової пластичної деформації. Розглядають багатоциклову втомленість (незначні напруження і велика кількість циклів до руйнування) і малоциклову втомленість (значні напруження і мала кількість циклів до руйнування).

Під повзучістю мають на увазі процес безперервного пластичного деформування матеріалу при дії постійного навантаження (напружень) і постійної, як правило, високої температури. Пластичне деформування в решті решт призводить до вичерпання пластичності матеріалу і його руйнування.

Умова міцності. Можливість втрати міцності визначається умовою міцності. Умова міцності - це порівняння в аналітичному виді стану матеріалу з відповідним показником його граничного стану. Стан матеріалу оцінюється за допомогою рівняння стану. У випадку руйнування внаслідок активного пластичного деформування, втомленості і повзучості (показником граничного стану є відповідне напруження ) рівняння стану дозволяють оцінити вплив співвідношення головних напружень на досягнення граничного стану і розрахувати так звані еквівалентні напруження, що інваріантні до діючого виду напружено-деформованого стану. Таким чином, в загальному випадку умова міцності має вид

У випадку крихкого руйнування умова міцності записується у вигляді

де - коефіцієнт інтенсивності напружень в області навколо вершини тріщини;

П - коефіцієнт запасу міцності.

 

Рівняння стану. В загальному випадку напружений стан металу визначається за еквівалентними напруженнями. Еквівалентні напруження визначаються за допомогою теорій міцності, побудованих на механічних моделях граничного стану. Розглядають такі основні чотири моделі (теорії) напруженого стану металу.

Теорія максимальних нормальних напружень. Еквівалентні напруження згідно цієї теорії будуть

Теорія найбільшого відносного подовження. Еквівалентні напруження за цією теорією мають вид

Теорія найбільших дотичних напружень. Еквівалентні напруження для цього випадку будуть

Теорія питомої потенційної енергії формозмінення. Еквівалентні напруження визначаються за формулою

Для плоского та об’ємного напруженого стану найбільш поширена четверта теорія, а для лінійного напруженого стану - перша теорія. Наприклад, для осьового розтягування стержня або чистого зсуву (кручення ) еквівалентні напруження відповідно будуть

для двохосьового розтягування пластини

а для плоского вигину

Коефіцієнт інтенсивності напружень КІ визначається розв’язуванням відповідної задачі теорії пружності для заданої геометрії елемента конструкції, геометрії тріщини або системи тріщин та прикладеної системи сил. Для типових класичних задач теорії тріщин отримано багато рішень подібних задач, які наведені в спеціальній літературі. Як приклад, для широко відомої задачі Гріффітса, коли нескінченна пластина деякої товщини з прямолінійною тріщиною довжиною 2lрозтягується в напрямку, перпендикулярному до площини тріщини однорідними напруженнями σ, значення КІ визначаються за формулою .


Поделиться:

Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 68; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты