Распределете напряжений

Рис. 2 17 Траектория и концентрация напряжений у мест резкого изменения формы эле-

MChTd

а - около отверстие!, о - около трещины, в - ъ сварном 1.осдт1СНии лооовыми швами

Рис, 2.18. Разрушение полосы с отверстиями (при наличии концентрации напряжений)

слева вверху - распределеьие напряжений: справа - вид разорванной полосы, слева внизу - диаграмма работы cтaи, /-при сдвиге, 2 - при отрыве

Рис, 2,19 Механические свойства стали марки СтЗ в зависимости от температуры

/ - временное сопротивление гладкого образца (Тд, 2 - то же, предел текучести , 3 - временное сопротивление образца с острым концентратором напряжений; 4 - предел текучести образца с острым концентратом напряжения, 5 - относительное удлинение в

safl

то о

00 щ 1 1 1

распределении напряжений происходят под воздействием касательных напряжений, наибольшее значение которых возникает на плоскостях, наклонных под углом 45° к действующей силе (зона /). При резком перепаде напряжений (зона 2) общие сдвиговые деформации происходить не могут (из-за задержки соседними, менее напряженными участками), поэтому в этих областях металл разрушается путем отрыва по плоскостям, нормальным к действующей силе. Характерно, что соответствующий рентгенографический анализ указывает на наличие при отрыве на этих плоскостях участков с явно выраженным пластическим течением металла. Поэтому такой отрыв можно назвать техническим, а отвечающая ему прочность много ниже, чем прочность монокристалла

на отрыв, но выше, чем прочность при сдвиге. При сдвиге в упругопла-стической стадии развиваются большие деформации (кривая / на рис 2.18, в); при техническом отрыве пластические деформации малы; металл в этом месте ведет себя как более жесткий, а сопротивление внешним воздействиям повышается (кривая 2). Такое поведение металла приводит к началу разрушения (возникновению трещин) у мест концентрации напряжений.

При статических нагрузках и нормальной температуре концентрация напряжений существенного влияния на несущую способность не оказывает (не учитывая некоторого повышения разрушающей нагрузки). Поэтому при расчетах элементов металлических конструкций при такого вида воздействиях их влияние на прочность не учитывается.

При понижении температуры прочность на разрыв гладких образцов повышается во всем диапазоне отрицательных температур; прочность же образцов с надрезом повышается до некоторой отрицательной температуры, а затем понижается (рис. 2.19).

При длительном воздействии нагрузки сопротивление разрушению понижается.

Испытаниями установлено, что конструкции из низколегированных, особенно термоупрочненных сталей сопротивляются разрушению лучше, чем малоуглеродистые стали.

При испытании образцов из наклепанной стали и наличии острой концентрации напряжений разрушающие напряжения получаются ниже предела текучести уже при температуре-30 °С, вследствие чего возможно хрупкое разрушение конструкций при пониженных температурах даже в обычных условиях эксплуатации. Особо неблагоприятное влияние на прочность при низких температурах оказывают ударные и другого рода динамические воздействия, а также резкое снижение температуры, носящее характер температурного удара.

3. Ударная вязкость. Склонность металла к хрупкому разрушению и чувствительность к концентрации напряжений проверяются испытанием на ударную вязкость - определением величины работы, затрачиваемой на разрушение надрезанного образца (рис. 2.20), на маятниковом копре. Ударная вязкость измеряется удельной работой, затрачиваемой на разрушение образца. В надрезанном образце напряжения распределены неравномерно, с пикой у корня надреза. Ударное действие на образец увеличивает возможность перехода металла образца в хрупкое состояние. Чтобы иметь сравнимые результаты, испытание производится на стандартных образцах с размерами, указанными на рис. 2.20. При испытании тонкого металла применяют образцы толщиной 5 мм, но при этом норма ударной вязкости обычно повышается по сравнению с ударной вязкостью стандартных образцов сечением 10X10 мм.

Температура, при которой происходит спад ударной вязкости (рис. 2.21), или ударная вязкость снижается ниже 0,3 МДж/м, принимается за порог хладоломкости.

Ударная вязкость особенно резко снижается у состаренного металла. Поэтому для особо ответственных конструкций ударную вязкость определяют после искусственного старения.

Браковочные значения ударной вязкости установлены в стандартах на сталь. В табл. 2.1 приведены значения ударной вязкости для основных марок строительных сталей при различных температурах.

О сопротивлении стали разрушению судят также по виду поверхности излома. Бархатистая часть излома свидетельствует о вязком изломе, фасеточная часть - о хрупком. Чем больше бархатистой части излома, тем лучше ста.г1ь сопротивляется хрупкому разрушению.

4. Работа стали и алюминиевых сплавов при повторных нагрузках. При работе материала в упругой стадии повторное загружение не отражается на работе материала, поскольку упругие деформации обратимы.