1. Работа сталей при повторных нагрузках

1. Работа сталей при повторных нагрузках

При работе материала в упругой стадии повторное загружение не отражается на работе материала, поскольку упругие деформации обратимы.

При работе материала в упругопластической стадии повторная нагрузка ведет к увеличению пластических деформаций (рис. 2. 22) в результате необратимых искажений структуры металла предыдущим нагружением и увеличением числа дислокаций. При достаточно большом перерыве (отдыхе) упругие свойства материала восстанавливаются и достигают пределов предыдущего цикла (рис. 2. 22, б). Это повышение упругих свойств называется наклепом. Наклеп связан со старением и искажением атомной решетки кристаллов и закреплением ее в новом деформационном положении. При повторных нагружениях в пределах наклепа материал работает как упругий, но полное удлинение уменьшается в результате необратимых остаточных деформаций, полученных при первых нагружениях, т. е. металл становится как бы более жестким.

Повышение прочности благодаря наклепу используется в алюминиевых сплавах и арматуре железобетонных конструкций; в стальных конструкциях оно не используется, поскольку наклепанная сталь получается более жесткой и склонной к хрупкому разрушению.

2. Усталостная прочность стальных элементов

При многократном непрерывном нагружении возникает явление усталости металла, выражающееся в понижении его прочности, приближающейся к некоторой величине σ _вб, ниже которой разрушения стали не происходит (рис. 2. 23, а). Эта величина называется пределом усталостной прочности (выносливости). Пределу выносливости стали отвечает примерно 10 млн. циклов нагрузки.

Однако уже при 2 млн. циклов усталостная прочность мало отличается от ее предела, поэтому испытания на выносливость применительно к стальным конструкциям обычно производятся на базе 2х10⁶ циклов нагрузки.

Усталостное разрушение происходит вследствие накопления числа дислокаций при каждом загружении и концентрации их около стыков зерен с последующим скоплением в большие группы, что способствует разрыхлению металла в этом месте и, наконец, образованию трещины, которая, развиваясь, приводит к разрыву. При каждом нагружении деформации в поврежденном месте нарастают. Линии разгрузки не совпадают с линиями нагрузки, образуя петли гистерезиса (см. рис. 2. 22, в, г). Площадь петли характеризует энергию, затраченную при каждом цикле нагрузки на образование новых несовершенств в атомной структуре и дислокаций. В начале образования трещины металл в этом месте как бы перетирается, образуя гладкие истертые поверхности, затем трещина быстро развивается и происходит отрыв изделия без перетирания. Таким образом, поверхность излома при усталостном разрушении имеет две характерные области - гладкую истертую при образовании трещины и зернистую при окончательном отрыве (рис. 2. 24).

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒