Слайд 1Лекция № 17
Тема: Испытания на ударные нагрузки
ОиТИ
Слайд 2В условиях эксплуатации часто возникают ударные воздействия, например при переезде
транспортных средств через выбоины, при формировании железнодорожных составов, при взлете
и посадке самолетов или даже при зацеплении шестерен и зубчатых колес в приводе. Попадание в цель и взрыв снарядов, высокоскоростная обработка материалов также приводят к ударным нагрузкам различной величины. В таких случаях для характеристики поведении
материала необходимо провести испытания с использованием ударной нагрузки.
Поведение материала при повышенных скоростях
деформации
Слайд 3На рис. представлены пределы различных скоростей деформации и методы испытаний.
Получаемая при продольном растяжении скорость деформации материала в пределах упругого
растяжения связана со скоростью роста нагрузки равенством
Слайд 4При скоростях деформации свыше 104,с–1 происходит образование ударной волны, при
этом характерное для низких скоростей деформации плоское напряженное состояние переходит
в плоское деформированное состояние.
Увеличение скорости деформации вызывает повышение напряжения течения. Существенным моментом при этом является снижение вязкости, вызывающее появление макроучастков хрупкого излома. В металлах эти участки излома можно определить по кристаллическим блестящим поверхностям разрушения, так как плоскости спайности кристаллов интенсивно отражают свет.
Слайд 6
В отличие от них сильно деформированные участки вязкого излома имеют
матовый, волокнистый вид. Появление хрупкого разрушения является причиной многих аварий
металлических конструкций судов, мостов, сосудов высокого давления и трубопроводов.
Причиной появления хрупкого излома наряду с повышенной скоростью деформации могут быть также низкие температуры и многоосное напряженное состояние (учитывая и остаточные напряжения). Образование хрупкого излома в наибольшей степени стимулирует концентрация напряжений вблизи надрезов и трещин.
Слайд 7
При оценке склонности элемента конструкции к хрупкому разрушению следует не
только учитывать влияние внешних параметров таких, как скорость деформации, температура
и напряженное состояние, но также нужно помнить, что вязкость материала сильно зависит от его структуры и свойств.
Слайд 8Испытания на ударное растяжение и сжатие
Слайд 10
При проведении испытаний на ударный изгиб,
надрезанный с одной стороны образец,
разрушается или прогибается, насколько позволяют возможности испытательного устройства, посредством удара
маятникового копра или какого-либо другого ударного приспособления. При этом образец может либо располагаться на двух опорах (по Шарпи), либо быть зажатым с одной стороны (по Изоду). Положение образца и схема нанесения удара показаны на рис.
Слайд 12
Выбор формы образца или формы надреза определяется, прежде всего, вязкостью
испытываемого материала.
Для проведения испытаний образец с надрезом свободно помещают на
опоры, причем смещение плоскости симметрии надреза и плоскости симметрии опор не должно превышать 0,5 мм. С таким же допустимым отклонением должен осуществляться удар маятникового груза, приходящийся по стороне образца без надреза.
Для определения склонности материала к хрупкому разрушению особое значение имеет проведение
испытаний на ударный изгиб при различных температурах. Измеренные параметры представляют в виде диаграммы ударная вязкость – температура (αk– Т).
Слайд 13Испытания на ударную вязкость надрезанных образцов с регистрацией диаграммы.
Работа удара
получается при различных значениях напряжения и прогиба. По этой причине
невозможно использовать рассчитываемую по работе удара ударную вязкость для определения размеров конструктивных элементов, подвергающихся ударным нагрузкам.
Слайд 14Испытания на образцах, имитирующих конструкции
Даже при регистрации диаграммы усилие удара
– прогиб метод испытаний на ударный изгиб еще не дает
точную характеристику склонности конструктивных элементов к хрупкому разрушению при эксплуатационных загрузках, и поэтому нельзя с его помощью точно определить пределы допустимых нагрузок. Это объясняется тем, что размеры конструктивного элемента сильно влияют на напряженное состояние и скорость деформации, а процесс развития трещины в больших конструкциях не может быть достаточно полно воспроизведен при испытании образца с надрезом.
Для того чтобы при определении склонности материала к хрупкому разрушению обеспечить максимально возможное приближение к характеру нагрузок в условиях эксплуатации, необходимы образцы, соответствующие элементам конструкций. В зависимости от размеров образцов оказалась целесообразной следующая классификация:
Слайд 15
1) образцы с острым надрезом или с предварительно нанесенной трещиной,
которые по ширине соответствуют толщине листа;
2) образцы, ширина которых
значительно больше толщины листа;
3) крупные образцы с размерами, соответствующими размерам конструктивных элементов (пластины);
4) испытания сборных конструктивных элементов или конструкций.