Внутренние напряжения

Отклонение действующих сил от номинальной величины

Другой причиной неточности расчета является затруднительность определения в ряде случаев истинной величины действующих нагрузок. Особенно это относится к переменным, пульсирующим и ударным на­грузкам.

Чем больше упругость системы, т. е. чем длиннее и податливее детали, меньше их сечения, моменты инерции и модуль упругости их материала, тем меньше фактическая сила, напрягающая детали, и в тем более ослабленном виде, приходят силы к последним звеньям механизма. Введение упругих связей в систему, например стяжка упругими болтами, установка пружинных муфт между валами и конечным элементом (маховик, гребной винт, электродвигатель, редуктор), упругая крутильная подвеска двигателя и т. д. резко снижают максимальные напряжения в системе.

Увеличение массы промежуточных деталей повышает мгновенное зна­чение максимальных сил, действующих на предшествующие детали, и уменьшает силы, действующие на последующие (аналогично действию шабота в молотах, поглощающего энергию удара).

проч­ность материала значительно возрастает с увеличением скорости нагружения.

Повышение прочности при динамических нагрузках обусловлено отставанием внутри- кристаллических пластических деформаций происходящих с относительно небольшой ско­ростью, от нарастания напряжений. Так как скорость перемещения дислокаций не может превышать местной скорости звука, то напряжение распространяется через ударную волну.

Наиболее чувствительны к скорости деформации пластичные металлы, в частности низкоуглеродистые стали, у которых отмечено повышение динамической прочности в 2,5 — 3 раза по сравнению со статической.

В материале неизбежно существуют внутренние напряжения, воз­никающие при изготовлении деталей, а также в процессе эксплуатации. Реальная прочность детали зависит от взаимодействия внутренних напря­жений и напряжений, вызываемых действием внешних нагрузок.

При назначении величины допустимых напряжений не учитывают предысторию детали (влияние технологии ее изготовления) и последующую историю (постепенное изменение механических свойств материала в процессе работы машины). Эти изменения могут действо­вать разупрочняюще и упрочняюще. Разупрочняющими факторами являются коррозия, износ и повреждение поверхности деталей, накопление микроповреждений в результате много­кратно повторных нагружений, местный отпуск в результате нагрева под действием цикли­ческих нагрузок.

К числу упрочняющих факторов относятся процессы «тренировки» материала действием кратковременных напряжений, превосходящих предел текучести; деформационное упрочнение, вызываемое структурными изменениями в напряженных микрообъемах материала; само­произвольно протекающие процессы старения, сопровождающиеся кристаллической перестройкой материала и рассеиванием внутренних напряжений. Положительно влияет приспособляе­мость конструкции — общие или местные пластические деформации, возникающие под дей­ствием перегрузок и вызывающие перераспределение нагрузок. Определенный упрочняющий эффект дает износ первых стадий (сглаживание микронеровностей), способствующий увели­чению фактичной площади контактирующих поверхностей, снижению пиков давлений и выравниванию нагрузки на поверхности.

Дефекты, возникающие при изготовлении детали и эксплуатации, в значительной мере являются случайными. Это обстоятельство отчасти объясняет хорошо известный факт рас­сеивания прочностных характеристик деталей. Некоторые детали из одной и той же партии имеют высокую долговечность, а другие – очень низкую в результате оставшихся незаме­ченными первоначальных или возникших, при эксплуатации новых дефектов.

Внутренние напряжения принято делить на три категории:

− напряжения первого рода вызываются крупными дефектами материала; возникают и уравновешиваются в макрообъемах (иногда их условно называют макронапряжениями);

− напряжения второго рода вызываются неоднородностью кри­сталлической структуры; возникают и уравновешиваются в пределах кри­сталлитов и групп кристаллитов (микронапряжения);

− напряжения третьего рода вызываются дефектами атомно­кристаллических решеток; возникают и уравновешиваются в пределах элементарных атомно-кристаллических ячеек и их групп (субмикро- напряжения ).

Напряжения первого рода возникают чаще всего как результат техно­логических процессов, которым подвергают деталь при операциях формо­изменения.

Дата добавления: 2014-12-27