Напряжение и способы описания напряженного состояния. Пластическая деформация. Деформационное упрочнение. Чувствительность к надрезу и трещине. Деформационное разрушение при длительном статическом нагружении

Введение. Историческое развитие и перспективы науки о механических свойствах металлов и сплавов.

Современное машиностроение предъявляет высокие требования к конструкционным материалам в связи с резким повышением параметра работы, например давление, скорость, температура, воздействия различных сред и т.д.

Человек столкнулся с материалами, необходимыми для жизнеобеспечения, как показывают современные исследования, порядка нескольких сотен тысяч лет назад. Каменный инструмент имел высокую твёрдость, но не обладал достаточными прочностными характеристиками, удельной вязкостью при практическом отсутствии пластичности. Это очень затрудняло получение изделий и инструментов нужной конфигурации. Поэтому человек изыскал возможность получения инструмента из металлов.

Металлы первоначально добывались в самородном виде. Первой из этих металлов была медь, которая имела хорошую пластичность. Инструмент из меди быстро изнашивался, ухудшались режущие свойства в ввиду его низкой твердости.

На смену медному веку пришел бронзовый. Началась эпоха применения металлических сплавов. Бронза при одновременно высокой прочности и пластичности могла иметь высокую твердость. Началось развитие горнорудного дела. Появились оловянные рудники. Развитие плавильного производства, литье изделий и условия для  такого производства позволили открыть чугун (чу – делать, гунн – железо). Железная руда, попадавшая в высоко – температурную часть костровища восстанавливалась до чугуна.

Томасом и Биссемером были развиты процессы получения стали. С открытием стали началось бурное развитие машиностроительного, металлургического горнодобывающего, инструментального производства.

Сталь является самым прочным конструкционным материалом, используемым повсеместно. По распространению в земной коре железо занимает четвертое место. Одновременно  с развитием  железных сплавов разрабатывались цветные металлы и сплавы. Они в настоящее время применяются в качестве материалов с низким удельным весом (летательная техника), материалы с особыми физическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью.

Развитие машинной промышленности оказалось   прямой зависимостью от уровня механических свойств металлических сплавов. Термическая обработка появилась примерно 5 тыс. лет назад. К тому времени относится упоминание об экзотических способах обработки мечей. Это была первая забота человека об изменении механических свойств металлов. Однако во многих случаях эти способы были кустарными. Основой экспериментального поиска была интуиция и опыт, а полноценная информация о строении металла отсутствовала. Возможность обоснованного подхода появилась в начале 20 века с развитием методов структурного анализа. Установлено, что уровень механических свойств находится в прямой зависимости от внутренней структуры. Испытание рентгеноструктурного и электроноскопического анализа позволило более глубоко изучить природу свойств металлических материалов.

Глава1 НАПРЯЖЕНИЕ И СПОСОБЫ ОПИСАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ.

Напряжением называют приложенную к телу нагрузку, отнесенную к единице площади ее сечения.

Напряжение является такой характеристикой нагрузки, которая не зависит от размеров тела.

S

F=P

рис. 1          

  ,где                   F-сила, приложенная к телу;

Р- поперечная нагрузка, приложенная к телу;

S- площадь поперечного сечения.

[σ]=[МПа].

кг/мм² – система СГС;                                                                                     

МПа – современная СИ.

Р

Fα

                            ,где t- касательное напряжение,

σ_н – нормальное напряжение.                         

	σн                          σ       t

 

α F

рис. 2 образец прямоугольного сечения на примере анизотропного материала.

Частный случай:

α=45⁰, следовательно действуют максимальные касательные напряжения;

α=0⁰, следовательно действуют максимальные нормальные напряжения.

Существует 2 вида напряжений:

1.Напряжение, которое не учитывает изменение площади поперечного сечения в процессе деформации, называется условным.

2. Напряжение, которое учитывает характер непрерывной деформации, называется истинным.

движения.

По классификации Фридмана существует 8 схем  напряженного деформированного состояния.

Таблиц 1. 8 схем напряженно деформированных состояний (по классификации Фридмана).