Выбор марки стали для конструкции. Исследование свойств монокристалла железа. Работа стали при сложном напряженном состоянии, страница 2

Необходимо заметить, что образование протяженной площадки текучести присуще только сталям, содержащим углерод до 0,3 %     При меньшем содержании углерода зерен перлита недостаточно для сдерживания сдвигов в зернах феррита, а при большем содержании - зерен  перлита получается столь много, что они полностью блокируют зерна феррита и препятствуют развитию массовых сдвигов  Площадка текучести на диаграмме работы таких сталей отсутствует, как отсутствует она и у большинства легированных сталей.

Отметим еще раз. что основными характеристиками работы стали являются предел текучести σ  и предел прочности σ. Отношение xaрактеризует запас работы материала от предела текучести до разрушения. Для малоуглеродистых сталей обычной прочности этот запас довольно большойчто дает возможность использовать работу в упругопластическойстадии в широких пределах. У высокопрочных легированных сталей условный предел текучести близко подходит к пределу прочности  что ограничивает использование работы этих сталей в упругопластической стадии.

Работа стали при сложном напряженном состоянии

Пластические деформации и разрыв стали при одноосном растяжении как и у поликристалла железа, происходят от сдвига по направлению действия максимальных касательных напряжений. При сложном напряженном coстоянии переход металла в пластическое состояние зависит от мака и соответствующих величин действующих напряжений. Исследования показали, что переход металлаиз упругого состояния в пластическое может быть достаточно близко описанкак третьей теорией - касательных напряжений, так и четвертой теорией – энергетической.   Для расчета металлоконструкций принята четвертая теория прочности. По этой теории пластичность наступает  тогда, когда потенциальная энергия изменения формы тела достигаем наибольшей величины.

На   основе   четвертой   теории    прочности   одноосное приведенное  напряжение  эквивалентное по переходу материала в пластическое состояние данному сложному напряженному состоянию, определяется по формуле

Условие пластичности

При поперечном изгибе

При простом сдвиге

Работа стали при концентрации напряжений

В местах искажения (изменения) сечения, (например, вблизи отверстий, выточек, надрезов, утолщений) происходит искривление линий силового потока Чем меньше радиус кривизны препятствия, тем гуще силовой поток. Эпюры напряжений, построенные по сечению с резким изменением формы, наглядно показывают значительное увеличение напряжений вблизи так называемых концентраторов напряжений (эпюра по сечению 1-1. рис. 4.1).

Но мере удаления от отверстия характер эпюры изменяется эпюры по сечению 2-2 и 3-3).

При отсутствии концентраторов напряжений и при равномерном распределении напряжений по сечению разрушение образца происходит под действием касательных напряжений, наибольшее значение которых возникает по плоскостям под утлом 45^° к направлению действующей силы.

При резком перепаде напряжений общие сдвиговые деформации не происходят из-за сдерживания их соседними менее напряженными участками, поэтому вблизи концентраторов металл разрушается путем отрыва по плоскостям, нормальным к действующей силе (хрупкое разрушение).

В месте изменения сечения образец испытывает плоское напряженное состояние (об этом говорит искривление силовых линий).

Из курса сопротивления материалов известно, что при однозначном плоском напряженном состоянии материал работает более жестко (кривая 2) по сравнению с одноосным растяжением (кривая 1 ).

Рис.4.1.Работа стали при концентрации напряжений

а ) напряженное  состояние в образце с овальным отверстием; б) характер разрушения образца с овальным отверстием; в)    диаграмма напряжений при одноосном растяжении ( кривая 1) и при плоском однозначном растяжении (кривая 2)

Площадка текучести отсутствует, значительно уменьшаются остаточные деформации. Кроме того, сравнение кривых 1 и 2 показывает также, что вблизи концентраторов напряжений обладает повышенным сопротивлением внешним силовым воздействиям  .Однако высокие напряжения вблизи концентраторов приводят к возникновению трещин с которых начинается разрушение образца.