Способ оценки напряженного состояния элементов конструкции в зоне разрушения

ЮЗ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИХСПУБЛИК 788 5)5 0 01 й 3/32 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР( )ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ об ГО лизцен. ) е тов АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Нижегородское производственное ьединение "Нормаль"(56) Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию.(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОСОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ В ЗОНЕ РАЗРУШЕНИЯ(57) Изобретение относится к исследованиюпрочностных свойств материала и конструктивных элементов, в частности к способамоценки напряженного состояния элементовконструкции, и может быть использованодля оценки работоспособности конструкции и ресурса долговечности. Цель изобреИзобретение относится к исследованию прочностных свойств материала и конструк тивных элементов, в частности к способам оценки напряженного состояния элементов конструкции, и может быть использовано для оценки работоспособности конструкции и ресурса долговечности.Известен способ оценки напряженного состояния элементов по методу Шнадта, заключающийся в том, что образцы подвергают статической нагрузке, и в качестве безразмерной числовой меры степени многоосности напряженного состояния принимают пластификационную способность П, для определения которой рассчитывают эталонное напряжение о по гипотезе энергии формоизменения и определяют наибольшее главное напряжение о 1 тения: повышение точности за счет учета неоднородности состояния материала конструкции, Сущность изобретения: образцы из материала конструкциис надрезом и без надреза подвергают нагружению до разрушения. При нагружении образцов определяют их пределы прочности, пределы текучести и пределы усталости и замеряют температуру окружающей среды в зоне разрушения образцов, Показатель напряженного состояния определяют из соотношения приведенного в тексте описания.Изобретение позволяет учитывать особенности явлений, происходящих при поверхностйом пластическом деформировании, принимая во внимание влияние фактора материала,формы надреза, температуры при разруше- Знии, что повышает точность и достоверность оценки. 1 табл,Известен также способ оценки напря- д женного состояния, при котором образцы из исследуемого материала подвергают статическому нагружению, замеряют макси 1(:)О МаЛЬНЫЕ КаСатЕЛЬНЫЕ Тмах И октаэдрические касательные (нормальные)Ь о напряжения, по отношению которых су- Щ дят о напряженном состоянии элемента ( конструкции.Из известных способов наиболее б ким к предлагаемому является способ о ки напряженного состояния элемен конструкции Г,А. Смирнова-Аляева,Способ заключается в том, что образцы из материала конструкции с надрезом и без надреза подвергают нагружению до разрушения, определяют параметры их напряженного состояния, с учетом которых судят о показателе П напряженного состояния35 40 формировании, принимая во внимание влияние фактора материала, формы надре 45 за, температуры при разрушении, что такжеповышает точность и достоверность оценки искомой величины опасного сечения.я П р и м е р, Для оценки напрякенногосостояния определяли величину показателя50 напряженного состояния цилиндрическихобразцов б = б мм, гладких и с надрезом, изготовленных из стали 16 ХСН, в отожженном состоянии, Температура отжига - 750 +10 оС, время б ч. Радиус кривизны надреза55 йн =8 мм. Глубина надреза 2 мм. Гладкие инадрезанные образцы подвергали статическому и переменному нагружению до разрушения. Испытания проводились по стандартной методике (ОСТ 00152-74) на испытательном комплексе, представляюконструкции. В качестве параметров напряженного состоянияопределяют главные напряжения. а показатель П рассчитывают последующей формуле:П - 01 +02 +03ЯгдЕ 01, 02, 0 З - главныЕ напРяжения;0 - истинное сопротивление деформированию,Недостатком известного способа является невысокая точность и достоверностьоценки из-за невозможности оценить реальное напряженное состояние с учетомнеоднородности состояния материала конструкции при локализации напряжения вмикрообьеме, а также в процессе разрывамежэтомных связей при нагрузках значительно меньших прочности межатомныхсвязей.Целью изобретения является повышение точности оценки за счет учета неоднородности состояния материалаконструкции,Для этого образцы из материала конструкции с надрезом и без надреза подвергают нагружению до разрушения, определяютпараметры их напряженного состояния, сучетом которых судят о показателе П напряженного состояния элемента конструкции,при нагружении образцов с надрезом и безнадреза определяют их пределы прочности,пределы текучести и пределы усталости, замеряют температуру окружающей средыразрушения, а показатель определяют изследующего соотношения;П=Км Кт К Кч,гдеТабс Ов 01Кт =, Кс= - :Кч=Табс Тон Оо 0 - 1, Км - механический коэффициент концентрации напряжений;Кт - температурный коэффициент концентрации напряжений;Табс, - температура абсолютного нуляТоп - температура окружающей средызоне разрушения;Ко - коэффициент формы;Кч - коэффициент конструкции напржений, учитывающий их локализацию в зне разрушения. Способ реализуют следующим образом.По меньшей мере два образца, один с надрезом, другой без надреза нагружают до разрушения, Определяют пределы прочности пРи РазРУшении обРазца с наДРезом 0 в и без надреза гт пределы текучести О, и усталости 0 -1 и замеряют температуру окружающей среды в зоне разрушения То, Затем поизмеренным величинам подсчитывают температурный коэффициент концентрации напряжений по формуле5 ТабсТабс ТонГдЕ Табс. - тЕМПЕратура абСОЛЮтНОГО НуЛя. (-273 С):Топ - температура окружающей среды в10 зоне разрушения,Механический коэффициент концентрации напряжений рассчитывают по известной формуле БриджменаКм = 1+3 и (1+ О/4 Я),15 где б - диаметр образца;.В - радиус надреза,Используя полученные в процессе испьтания величины, определяют коэффициент формы20 0 вКу = -0 ои коэффициент концентрации напряжений0 тКч = с учетом их локализации,25 По полученным результатам определяют показатель напряженного состоянияэлементов конструкции по следующему соотношению:Пи = Км Кт Кр ф Кч30 и по найденному значению судят о.напряженном состоянии нагруженных элементовконструкции,Повышение точности оценки напряженного состояния элементов конструкции достигается за счет того, что напряженное состояние элементов в зоне разрушения определяется с учетом неоднородности состояния материала конструкции.Использование предлокенных параметров напряженного состояния позволяет учитывать особенности явлений, происходящих при поверхностном пластическом дещем собой ряд установок, смонтированныхна общем основании.По результатам испытаний определялипределы прочности образцов без надрезао=. 500 МПа и с надрезом с,= 650 МПа, 5предел текучести О, = 300 МПа, предел усталости гладкого образца О,= 184 МПа,Температура окружающей среды в зонеразрушения равна температуре испытанийТоп =20 С. 10Рассчитывали механический коэффициент концентрации напряжений по формулеБриджмена Км = 1 + 3и (1+ с /4 В) = 1,49,Температурный коэффициент концентра 27 зо 15ции напрякений Кт = = 0,93. Козф - 293фициент формы рассчитывается по формулеОаКб = - = 1,3. Коэффициент концентрацииОо20напряжений, учитывающий их локализациюв зоне разрушенияРассчитывали показатель напряженного состояния образцов по соотношениюП=КмКтКб Кч=1,490,93 1,3 1,63== 2,93,Подобным образом определяли показатель напрякенного состояния стали16 ХСН, г = 6 мм, с радиусом надреза Ян =4,2; 1,7; 0,7 мм,Результаты испытаний занесены в таблицу, в которой приведены такке значенияпредельных деформаций е, соответствующих началу разрушения и характеризующихпластичность материала,Из данных, занесенных в таблицу, можно сделать вывод, что с увеличением остроты надреза увеличивается величина 40показателя напряженного состояния образцов, а пластичность уменьшается.Показатель позволяет оценить напряженное состояние исследуемого образца сучетом неоднородности состояния материала образца и в связи с этим определитьспособность материала деформироватьсябез разрушения (определить запас пластичности материала в зоне поверхностного дефекта).50Показатель П, определяемый по предлагаемому способу, является обобщающимдля оценки напряженного состояния прилюбой схеме деформации (осадка, высадкаи т.д.).55Оценивая напрякенное состояние конструкции по предлагаемому способу, установлено, что для ряда изделий допустимаяГОСТами или ТУ глубина поверхностногодефекта на прутках и проволоке, используемых для холодной высадки крепежных деталей, является заниженной. Это означает,что дефект такой глубины создает на поверхности локальное напряженное состояние,которое не сопровождается возникновением видимой трещины на заготовке. А это всвою очередь дает возмокность при производстве некоторых изделий пропускать бездополнительной обработки (обточки илишлифования) прутки и проволоку, ранеебракуемые по глубине поверхностного дефекта,При оценке напряженного состоянияэлементов конструкции известным способом, принятым за прототип, невозмокнооценить степень локализации деформациипри многоцикловых усталостных испытаниях.Применение данного способа оценкинапряженного состояния при проектировании элементов конструкций, например, крепежных систем, позволяет прогнозироватьоптимальные технологические вариантыпроцесса изготовления и без существенныхзатрат получать максимальный эффект засчет снижения трудозатрат, экономии энергии и материалов, повышения качества, надежности и долговечности,Формула изобретенияСпособ оценки напрякенного состояния элементов конструкции в зоне разрушения, заключающийся в том, что образцы изматериала конструкции с надрезом и безнадреза подвергают нагружению до разрушения, определяют параметры их напряженного состояния, с учетом которых судят опоказателе П напряженного состояния элемента конструкции, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности путем учетанеоднородности состояния материала конструкции, при нагружении образцов с надрезом и без надреза определяют ихпределы прочности, пределы текучести ипределы усталости, замеряют температуруокружающей среды в зоне разрушения образцов, э показатель П определяют из следующего соотношения;П = Км Кт К; Кч)гдеТабс ГТа ЯКтТабс Тон. Оо" О - 1Км - механический коэффициент концентрации напряжений;Кт - температурный коэффициент концентрации напряжений;Табс - температура абсолютного нуля; Топ - температура окружающей среды с зоне разрушения;КО- коэффициент формы;7 1788456 К - коэффициент концентрации напряжений, учитывающий локализацию напряжений в зоне разрушения;о, и о- соответственно пределы те кучести и усталости. о - предел прочности образца с надрезом уо - предел прочности образца безнадреза; Составитель Т.ГрадусоваТехред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 70 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5