Экспериментальная проверка и анализ теорий ползучести, страница 2

Теория упрочнения хорошо согласуется с экспериментальным исследованием релаксации напряжений и лучше, чем теория течения, описывает ползучесть при ступенчатом нагружении. Возможно, как это было предложено Ю. Н. Работновым, совершенствование этой теории путем введения структурных параметров, отличных от деформации ползучести.

Недостатком теории течения, как и теории старения, является то, что в основные уравнения этих теорий время включено явным образом, вследствие чего эти уравнения неинвариантны относительно изменения начала отсчета времени. Однако при плавно изменяющихся нагрузках теории течения и старения хорошо согласуются с  результатами опытов.

Теория старения предполагает наличие функциональной связи между деформацией, напряжением и временем. В действительности это невоз- можно, так как наличие такой связи означало бы, что величина деформации  в момент времени tне зависит от процесса нагружения, т. е. от величин напряжений в моменты времени, предшествующие моменту t, что противоречит опыту.

Как указывалось выше, расчеты на ползучесть по теории старения Ю. Н. Работнова эквивалентны расчетам на прочность и  жесткость при нелинейных зависимостях между напряжениями и  деформациями, заданных графически. Поэтому многочисленные' решения подобных задач могут быть использованы в этом случае и для  расчетов на ползучесть. В расчетах на ползучесть по теории старения Ю. Н. Работнова возможно непосредственное использование серии экспериментально полученных кривых ползучести, без  аппроксимации их аналитическими зависимостями, что повышает точность расчетов.

Рис. 12.16. Сопоставление экспериментальных (сплошные линии) и теоретических

(штриховые линии) кривых обратной ползучести для малоуглеродистой стали при температуре 455° С после предварительной ползучести а — после выхода во вторую стадию; б - 145 ч; в - 20 ч; г - 2 ч

Рассмотрим теперь экспериментальные исследования ползучести при неодноосном напряженном состоянии. В большинстве случаев они проводились путем испытания тонкостенных трубчатых  образцов, нагруженных постоянными во времени внутренним давлением, растягивающей силой и крутящим моментом. При таком нагружении задача определения напряжений в образце является статически определимой и при постоянных во времени внешних силах напряжения во времени изменяться не будут. В этом случае результаты испытаний не позволяют оценить теорию ползучести. Они только дают возможность проверить гипотезы о существовании потенциала  скоростей деформации ползучести.

Рис. 12.17. Графики зависимости от времени величин

(сплошная  линия) и      (штриховая линия)

На рис. 12.17 представлены результаты испытаний на ползучесть трубчатых образцов, нагруженных постоянными во времени растягивающей силой и крутящим моментом, проведенных В. С. Наместниковым. Напряженное  состояние  при таком нагружении изображено на рис. 12.18.

Согласно формулам (12.7) для рассматриваемого напряженного состояния, с учетом того, что напряжения во времени не изменяются, скорости линейной деформации в направлении нормального напряжения и угловой деформации

Откуда

Рис. 12.18. Напряженное состояние при совместном растяжении и кручении трубчатого образца

Как следует из рис. 12.17, экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими.

Очень интересны результаты экспериментального исследования ползучести при неодноосном напряженном состоянии в случае изменяющихся во времени нагрузок. При таких испытаниях проверяется не только гипотеза о существовании потенциала ползучести, но также и теория ползучести

Рис. 12.19. Сопоставление экспериментальной

(сплошная линия) и теоретических кривых ползучести при  знакопеременном прямом (кривые 1) и  

обратном (кривые 2) кручении образцов из сплава Д16Т при температуре

150° С и напряжении  = 140 МН/м2.

Штриховая линия по теории ползуче- ползучести с анизотропным упрочнением, штрихпунктирная по теории упрочнения

На рис. 12.19 представлены теоретические данные и результаты испытаний на ползучесть трубчатых образцов, проведенных В. С. Наместниковым  по следующей программе. Вначале образец деформировался в течение пятидесяти часов при постоянном во времени крутящем моменте, создающем постоянное касательное напряжение, затем разгружался и вновь нагружался таким же по величине, но обратным по направлению, постоянным во времени крутящим моментом и вновь испытывался в течение 50 ч.  Абсолютная величина деформации сдвига при обратном кручении больше, чем при прямом. Следовательно   предварительное кручение, по знаку обратное последующему, разупрочняет материал, что является проявлением деформационной  анизотропии.

Рис. 12.20. Сопоставление экспериментальной (сплошная линия) и теоретических кривых ползучести трубчатых образцов из мало- малоуглеродистой стали при температуре 450° С. Штриховые линии по теории ползучести с анизотропным упрочнением, штрихпунктирные по теории упрочнения.

На рис. 12.20 приведены результаты экспериментального исследования ползучести при сложном нагружении, проведенного Джонсоном, и теоретические данные. Тонкостенные трубки из алюминиевого и магниевого сплавов, а также углеродистой стали вначале растягивались в течение 25 ч (= 112 МН/м2), а затем в течение такого же времени растягивались и скручивались ( = 112 МН/м2,  = 18,6 МН/м2). Из графиков следует, что теория ползучести с анизотропным упрочнением значительно лучше описывает ползучесть при сложном нагружении, чем теория упрочнения.