РОБОТА МЕТАЛУ ПРИ ПОВТОРНИХ ТА ЗМІННИХ НАВАНТАЖЕННЯХ
Навантаження та розвантаження металу в межах пружності не зумовлює пластичних деформацій і графіки деформацій в обох випадках є прямолінійними та збігаються. Коли ж метал піддати пластичним деформаціям і розвантажити, то діаграма розвантаження піде паралельно до лінії пружних деформацій. Під час "відпочинку" внаслідок зрівноваження і перерозподілу деформацій у структурі металу між окремими зернами відновлюється деяка незначна частина пластичних деформацій. Діаграма повторного завантаження піде паралельно лінії пружних деформацій і далі за діаграмою одноразового завантаження (рис. 2.7). Якщо розглядати лише діаграму повторного завантаження, то можна зазначити, що деформаційність металу зменшилася (є — Є; < є), а умовна межа текучості зросла до рівня cit досягнутого гіри першому завантаженні. Це явище називається наклепуванням металу і використовується для підвищення показників міцності сталевої арматури залізобетонних конструкцій (наприклад, арматура класу А-ІІІв) та алюмінієвих сплавів. У металах, які не мають достатнього запасу пластичних деформацій, наклепування може зумовити крихке руйнування.
Як побічне явище, наклепування спостері-
|
Рис. 2.7. Діаграма деформування сталі з розвантаженням. |
Заної з пластичним деформуванням металу (різання, пробивання отворів, гнуття).
Багаторазові повторні завантаження до рівня напружень, вищих за межу пропорційності, але менших за межу міцності, зумовлюють накопичення пластичних деформацій (рис. 2.8) і руйнування металу внаслідок вичерпання запасу де - формаційності.
Руйнування металу за повторних навантажень при напруженнях, нижчих за межу міцності, називається втомою металу, а напруження, при яких відбувається руйнування,— втомною, чи вібраційною міцністю. Здатність металу протистояти такому руйнуванню називають витривалістю. При цьому важливе значення має рівень напружень, характер завантаження та інші фактори. Чим вищі напруження досягаються при завантаженні, тим швидше руйнується метал. Наприклад, при завантаженні вище межі текучості руйнування починається через кілька десятків або сотень циклів і має назву пружно-плас- тичноі малоциклової втоми. Зразок, навантажений нижче межі текучості, витримує мільйони циклів навантаження.
|
Рис. 2.8. Діаграма деформування при повторних навантаженнях. |
Для сталі крива втомної міцності (рис. 2.9) асимптотично наближається до деякого граничного значення R„ — опору сталі втомі. В алюмінієвих сплавах втомна міцність знижується безперервно.
|
|
С, МПа 400
От
200
Ry*l 70
100
10 12 N=10'6
Рис. 2.9. Зміна втомної міцності сталі Сто залежно від кількості циклів навантаження N.
|
|
|
Р=0 Отах>0/ о тіп-0 |
|
-1<р<0 O/na. v >0; amin<0 |
|
A 0<Р<І 0 ; о ті п >0 |
|
Рис. 2.10. Характери циклів навантажень. |
Руйнування металу від втоми має крихкий характер і відбувається у такій послідовності: біля дефектів кристалічної гратки, порушень структури, концентраторів чи дефектів в окремих кристалах з'являються мікротріщини. Мікротрі - щини є дуже гострими концентраторами. Концентрації напружень біля них зумовлюють розростання мікротріщин у макротріщини. При подальших циклах завантаження макротріщини збільшуються аж до руйнування.
Враховуючи негативний вплив концентраторів напружень на втомну міцність металу, гіри конструюванні металевих конструкцій необхідно всіма можливими засобами їх уникати або забезпечувати плавну зміну форми.
