Следует помнить, что получаемые в ходе статических испытаний на растяжения значения механических характеристик являются весьма условными. Они используются для относительной оценки между собой различных материалов. Прочность же гладкого образца чаще всего не совпадает с прочностью изделия, причем это отличие тем больше, чем сложнее форма изделия. В настоящее время считается, что уменьшение прочности изделия по сравнению с теоретической, полученной на основе результатов статических испытаний на растяжение, обусловлено развитием трещин, возникающих либо в процессе изготовления изделия, либо в процессе эксплуатации. Для того чтобы приблизить результаты испытаний к реальным условиям эксплуатации материала в конструкции, довольно широко применяются испытания на растяжение образцов с концентраторами напряжений. Прочность в этом случае определяют как разрушающее усилие, отнесенное к сечению образца в месте концентратора.
В случае вязкого разрушения в результате большой местной пластической деформации и местного сильного упрочнения прочность образца с концентратором всегда выше, чем гладкого. В случае хрупкого разрушения образец имеет значительно меньшую прочность, крайне непостоянную по величине. При этом на значение результатов испытаний значительное влияние оказывают состояние поверхности образца, технология его изготовления, соосность захватов испытательных машин, которые не так заметны при испытаниях вязких материалов.
Хрупкое разрушение считается весьма опасным явлением и зависит от многих факторов, для оценки которых используются специальные испытания. Одним из таких испытаний являются испытания по определению критического значения коэффициента интенсивности напряжений KIc. Этот коэффициент характеризует предельное состояние материала, после которого в нем начинает самопроизвольно расти трещина. Практическое значение KIc состоит в том, что, зная его, можно определить величину разрушающих напряжений в зависимости от формы и размера дефекта, и наоборот, зная рабочее напряжение в детали, можно предсказать размер трещин, при достижении которого произойдет разрушение.
Определение KIс производится путем испытаний специальных образцов с концентратором напряжений в виде усталостной трещины определенной длины на трехточечный изгиб или на растяжение.
Изменение формы образца и начало нестабильного роста трещины фиксируется при измерении раскрытия надреза. Для этого применяют оборудованный полупроводниковым тензометрическим датчиком прибор фиксации раскрытия, который устанавливают либо на специально обработанную кромку по краю надреза, либо на привинчиваемые ножи. В процессе испытаний с помощью двухкоординатного самописца записываются усилие и соответствующее раскрытие надреза.
Однако по всем этим испытаниям можно получить лишь приближенное значение прочности конструкции. Поэтому при расчете прочности конструкций используется коэффициент запаса прочности, определяемый либо в ходе испытаний конструкции до разрушения, либо путем экспертных оценок. При этом использование вместо старого материала нового с более лучшими по результатам испытаний на растяжение механическими характеристиками не гарантирует пропорционального уменьшения коэффициента запаса прочности. Здесь следует сразу отметить, что при испытаниях конструкции до разрушения определяется нагрузка разрушения конструкции, хотя в действительности отказ конструкции происходит уже при пределе упругости материала конструкции, когда появляется пластическая деформация. Поэтому даже при таких испытаниях коэффициент запаса прочности является ориентировочным.
Вследствие этого конструкция становится более тяжелой из-за увеличения рабочих сечений и более дорогой за счет использования лишнего материала. При этом всегда отсутствует 100 %-я гарантия, что данная конструкция выдержит рабочие нагрузки в течение заданного времени. Поэтому для оценки надежности наиболее ответственных изделий применяют натурные испытания. В этих испытаниях изделия подвергают нагрузкам, близким по характеру и значению таким, которым изделие подвергается в период эксплуатации. Самыми характерными примерами может служить периодические испытания лифтов и сосудов давления, когда их периодически испытывают нагрузками, превышающими рабочие на определенный процент. Испытания считаются успешными, если в ходе их сосуд давления не разрушился, а лифт не сломался.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.