Неравномерное распределение напряжений

Выше рассматривалась работа гладких образцов правильной формы, где напряжения во всех сечениях, удаленных от места приложения нагрузки, распределялись равномерно.

Проводя траектории равных напряжений, получим прямолинейный силовой поток внутри образца (фигура Траектории напряжений (К — коэффициент концентрации), а), определяющий линейное одноосное напряженное состояние.

Если в плоском образце сделать отверстие или надрезы с боков (фигура Траектории напряжений (К — коэффициент концентрации), б — д), линии силового потока отклоняются, обтекая новые границы. Сгущение линий силового потока характеризует повышение напряжений в местах сгущения, а отклонение этих линий от прямой говорит о существовании напряжений, действующих в двух направлениях и искривляющих их путь (фигура Траектории напряжений (К — коэффициент концентрации), г).

В этом случае имеет место плоское (двухосное) напряженное состояние, возникающее исключительно в результате конструктивных изменений границ контура. Как известно из курса сопротивления материалов, при плоском напряженном состоянии максимальное касательное напряжение равно полуразности главных напряжений

Формула (5.II)

Если разность двух главных напряжений мала или равна нулю (при σ1 = σ2), то касательное напряжение будет малым или равным нулю.

Текучесть материала в значительной степени является следствием сдвигов под влиянием касательных напряжений; поэтому при малых τ и больших σ1 и σ2 предел текучести в материале резко повышается, а в случае τ = 0 пропадает совсем, и разрушение происходит путем отрыва в пределах упругих деформаций, т. е. в виде хрупкого излома. Таким образом, по мере увеличения остроты надреза (выточки) резко уменьшается пластичность (удлинение) и при этом повышается предел прочности.


Диаграмма работы образцов с заточкой

Диаграмма работы образцов с заточкой


Аналогичная картина получается при растяжении плоского образца одинаковыми силами в двух направлениях (элемент котла, газгольдера или замкнутый контур шва, натягивающий элемент в результате усадки шва при остывании).

При расчете элементов конструкций обычно не определяют местных напряжений, так как в первую очередь интерес представляет предельная прочность элемента в целом, определяемая средним равномерно распределенным напряжением.

Но при конструировании деталей, особенно в сварных конструкциях, с местными напряжениями не считаться нельзя. Естественно, что не учитывать местные напряжения, относящиеся к категории основных, можно только в пластических сталях, где обеспечено выравнивание напряжений.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Усталость металла

Усталостью металла называется явление разрушения его под действием многократно повторенной (несколько сот тысяч раз) знакопеременной или просто переменной нагрузки при значениях напряжений ниже предела прочности (например, разрушение проволоки при многократных перегибах). Способность металла сопротивляться такому разрушению называется выносливостью, а напряжение, при котором металл разрушается, называется его вибрационной прочностью σвб. Кривая вибрационной прочности Кривая вибрационной прочности…

Влияние температуры

Механические свойства малоуглеродистой стали при нагревании ее до температуры t = 200 — 250° сравнительно мало меняются, но уже при 300 — 330° сталь в изломе получает крупнозернистое строение и становится более хрупкой (синеломкость). При этой температуре не рекомендуется деформировать сталь или подвергать ее ударным воздействиям. При дальнейшем возрастании температуры это свойство пропадает, но начинается…

Наклеп

Если сталь подвергнуть растяжению до пластического состояния и затем разгрузить, то появится остаточная деформация (фигура Диаграмма растяжения (А — остаточная деформация), б). При повторном нагружении образца после некоторого «отдыха»1 материала сталь опять начинает работать упруго, повторяя прямую разгрузки, и дальше ее работа идет по нормальному пути диаграммы однократного растяжения. То же самое будет и в…