ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ ОГРАНИЧЕННОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ
В частности, для оценки длительной прочности полимерных композиционных материалов (ПКМ - стеклопластики, углепластики, органопластики и др.) предложены различные эмпирические зависимости между напряжением и временем до разрушения (степенная, экспоненциальная, уравнение Ларсона - Миллера и др.), однако надежные методы экстраполяции отсутствуют. Наиболее широкое распространение получили температурно-временные уравнения длительной прочности, основанные на теории скоростей реакций. Однако считается, что эти уравнения недостаточно удовлетворительны для дальнего экстраполирования. В связи с этим часто на пpaктике идут по пути использования более простых эмпирических зависимостей: например, для ряда ПКМ экспериментально подтверждается степенная зависимость долговечности от напряжения [3]:
, (1)
где - параметры (константы) материала.
На основании экспериментальных исследований длительной прочности однонаправленного органопластика на временной базе от 24 до 4200 часов при растягивающих напряжениях, менявшихся в диапазоне от 0,9 до 0,7 от предела прочности , нами получены следующие значения параметров материала: ; .
Зная m и C, по уравнению (1) можно прогнозировать долговечность конструкции при низких напряжениях, соответствующих большим значениям . Так, для напряжений, при которых в процессе испытаний на длительную прочность не произошло разрушение опытных образцов, время до разрушения по результатам расчетов по формуле (1) равно суток (свыше 8 лет) при , и суток при , т.е. в последнем случае разрушение материала пpaктически исключено.
Применение эмпирических формул для определения экстраполированных параметров длительной прочности может в ряде случаев привести к значительным ошибкам. Дело в том, что кривые длительной прочности могут иметь переломы. Например, для сталей такие переломы кривой связаны с изменением хаpaктера разрушения - трaнcкристалли-ческого (межзеренного) при больших длительностях испытаний и интеркристаллического (внутризеренного) при малых [2]. Для ПКМ точки перегиба на кривой длительной прочности может и не быть, что повышает достоверность экстраполяции.
В связи с указанными трудностями очевидно, что наибольший интерес представляют физически обоснованные зависимости, которые должны обеспечить достоверность результатов расчетов. Считается, например, что особенности длительной прочности достаточно хорошо описываются известной формулой С.Н. Журкова, отражающей термофлуктуационный хаpaктер процесса разрушения:
, (2)
где - постоянная, численно близкая к периоду тепловых колебаний атомов (10-11...10-13с);T - абсолютная температура; R - постоянная Больцмана; - структурный коэффициент, чувствительный к изменению состояния материала; - энергия активации процесса разрушения.
В соответствии с формулой (2) при постоянном напряжении зависимость времени до разрушения от обратной температуры в полулогарифмических координатах представляется веером прямых, сходящихся в одной точке - полюсе ( - значение долговечности в полюсе). Использование формулы для пpaктических оценок хаpaктеристик длительной прочности в ряде случаев приводит к значительным ошибкам как по причине нестабильности и неоднородности материалов, с одной стороны, так и по причине фактического увеличения напряжения при испытаниях пластичных материалов в условиях постоянной нагрузки. Кроме того, применение данной формулы при сравнительно малых напряжениях может давать заниженные результаты. В частности, из формулы следует существование конечного времени до разрушения при отсутствии напряжения и независимость от температуры при .
Принципиально важное значение имеет установление численных значений энергии активации процесса разрушения. Считается, что энергия активации близка к энергии сублимации для металлов и к энергии химических связей для полимерных материалов. Для оценки энергии активации для сталей нами использованы собственные результаты циклических (усталостных) испытаний, а также литературные данные. В качестве исходного уравнения для расчетов принято кинетическое уравнение повреждаемости, предложенное проф. Федоровым В.В. [4] на основе эргодинамического подхода к проблеме прочности и разрушения:
, (3)
где - скорость накопления скрытой энергии материала в процессе деформирования; - изменение плотности скрытой энергии; - структурные коэффициенты;
, (4)
где - постоянная Планка;
- температура локального разогрева материала, которая для случая циклического нагружения зависит от величины предела текучести и амплитудных значений напряжений :
. (5)
Нами выполнены экспериментальные исследования энергетического баланса материалов в процессе усталостных испытаний стальных образцов. В результате этих исследований получены зависимости скорости повреждаемости от приращения уровня скрытой энергии для различных амплитуд напряжений [5]. Анализ этих зависимостей показал, что в полулогарифмических координатах экспериментальные данные хорошо укладываются на веер прямых, угол наклона которых к оси зависит от амплитуды напряжений и температуры разогрева образцов, с увеличением которых наклон прямых уменьшается, что находится в соответствии с кинетическим уравнением повреждаемости (3). Результаты статистического анализа полученных данных с использованием кинетического уравнения повреждаемости позволил выполнить оценку активационных параметров процесса усталостного разрушения исследованных сталей.
Анализ экспериментальных данных показывает, что энергия активации процесса усталостного разрушения изменяется в сравнительно узких пределах ( ), то есть близка к энергии активации образования вакансий в железе и его сплавах (18700...19720 ), но значительно меньше энергии сублимации (54600...57500 ). Отсюда следует, что в исследованном диапазоне условий разрушения (область многоцикловой усталости) основным механизмом, контролирующим повреждаемость и усталостное разрушение, является вакансионный механизм. Это означает, что в процессе циклических деформаций в материал закачивается избыточная энергия, которая аккумулируется в деформируемых объемах в виде возбужденных атом - вакансионных состояний [5].
Таким образом, знание величины энергии активации позволяет использовать формулу С.Н. Журкова для прогнозирования долговечности металлических материалов. Для ПКМ требуется знать, как указывалось выше, энергию химических связей. Отметим также, что к настоящему времени получили известность и другие более универсальные зависимости (Пинеса Б.Я., Трунина И.И. и др.), свободные от некорректностей, присущих формуле Журкова С.Н. и являющиеся ее обобщением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Копнов В.А. Длительная прочность в машиностроении. - М.: Изд-во Машиностроение, 1977. - 248 с.
- Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. - М.: Изд-во Наука, 1966. - 752 с.
- Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. - М.: Изд-во Наука, 1986. - 560 с.
- Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. - Ташкент: Изд-во ФАН, 1985. - 167 с.
- Панин В.Е., Федоров В.В., Ромашов Р.В. Явление структурно-энергетической аналогии процессов механического разрушения и плавления металлов и сплавов. //Синергетика и усталостное разрушение металлов: Сборник научных трудов. - М.: Изд-во Наука, 1989. - С. 29-44.
Статья в формате PDF 109 KB...
26 03 2024 9:26:15
25 03 2024 11:23:55
Статья в формате PDF 118 KB...
24 03 2024 14:32:54
Статья в формате PDF 110 KB...
23 03 2024 23:21:35
Статья в формате PDF 101 KB...
22 03 2024 12:11:54
Статья в формате PDF 179 KB...
21 03 2024 5:53:53
Статья в формате PDF 228 KB...
20 03 2024 23:49:29
Статья в формате PDF 130 KB...
19 03 2024 14:13:38
Статья в формате PDF 105 KB...
17 03 2024 23:55:37
Снижение массы тела с помощью диеты и физических нагрузок способно уменьшить проявления, а в ряде случаев, полностью восстановить обменные нарушения при метаболическом синдроме (МС). Диета у больных с МС должна иметь низкую энергетическую ценность. Ограничивается употрeбление холестерина (ХС), поваренной соли и рафинированных углеводов. Рекомендуются продукты богатые антиоксидантами, минералами, растительной клечаткой. Пациент ориентируется на повышенное употрeбление фруктов, овощей, кисломолочных продуктов, морской рыбы и морепродуктов. Наилучшие результаты у больных МС достигаются при сочетании рациональной диеты с индивидуально подобранными динамическими нагрузками. Через некоторое время снижается артериальное давление, уменьшается уровень ХС, триглицеридов и глюкозы, минимизируя риск сосудистых осложнений. Позитивное влияние диеты и физических тренировок сохраняется, пока больной не прекращает занятий. Все пациенты с МС должны быть настроены на пожизненное использование упражнений на фоне рационального питания. ...
16 03 2024 15:24:27
Статья в формате PDF 127 KB...
15 03 2024 23:47:13
Статья в формате PDF 435 KB...
14 03 2024 0:55:45
Статья в формате PDF 130 KB...
12 03 2024 23:47:46
Статья в формате PDF 544 KB...
11 03 2024 3:48:49
Статья в формате PDF 109 KB...
10 03 2024 11:19:51
09 03 2024 3:12:43
Статья в формате PDF 110 KB...
08 03 2024 7:48:15
Статья в формате PDF 117 KB...
07 03 2024 11:46:30
Статья в формате PDF 299 KB...
06 03 2024 20:51:25
Статья в формате PDF 103 KB...
05 03 2024 17:46:24
Статья в формате PDF 147 KB...
04 03 2024 9:41:52
Статья в формате PDF 254 KB...
01 03 2024 23:28:32
Статья в формате PDF 104 KB...
29 02 2024 16:13:33
Статья в формате PDF 392 KB...
28 02 2024 11:49:20
Статья в формате PDF 491 KB...
26 02 2024 8:57:48
Статья в формате PDF 275 KB...
24 02 2024 10:12:41
Статья в формате PDF 105 KB...
23 02 2024 4:57:23
Работу вычисляют по формуле: dA=FdS или A=FS. Но эта формула применима только для силы вызывающей изменение кинетической энергии тела. Для других сил (трения, упругой деформации, центростремительных) работу нужно вычислять по формуле: , где - импульс силы. ...
22 02 2024 22:16:15
Статья в формате PDF 127 KB...
20 02 2024 7:30:21
Статья в формате PDF 297 KB...
19 02 2024 20:18:40
Статья в формате PDF 115 KB...
18 02 2024 16:19:48
Статья в формате PDF 262 KB...
17 02 2024 7:26:51
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::