Закон разгрузки и повторного нагружения
Если образец нагрузить до напряжений, больших σу, но меньших σв, например до точки K диаграммы (Рис. 4.6), а затем начать разгружать, то разгрузка будет происходить по прямой KL, параллельной начальному линейному участку диаграммы. После разгрузки деформация образца уменьшится, но полностью не исчезнет. Отрезок LM определяет величину исчезающей, т. е. упругой деформации εу, а отрезок OL - величину остаточной (пластической) деформации εпл. Прямолинейность линии разгрузки показывает, что упругая деформация подчиняется закону Гука и за пределами пропорциональности.
Повторное нагружение образца уже не повторяет полностью прежнюю диаграмму, а происходит сначала по прямой разгрузки KL, и затем по кривой КС, которую имел бы этот образец без промежуточной разгрузки. Следовательно, после промежуточной разгрузки появился как бы новый материал с более высоким пределом пропорциональности, но меньшей пластичностью.
Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования называется наклепом или нагартовкой. Наклеп возникает при вытяжке, холодной прокатке металла, в процессе штамповки и т. д. Часто наклеп играет положительную роль и применяется для упрочнения поверхностного слоя детали, повышения упругости свойств проволоки, канатов и т. п. В тех случаях, когда наклеп вреден, его устраняют отжигом.
Рис. 4.7. Закон упругой разгрузки
Определить допускаемую нагрузку растягиваемого стального листа, ослабленного отверстиями d = 20 мм (4.17). Допускаемое напряжение [σ] = 160 МПа, толщина листа t = 10 мм, ширина b = 200 мм.
Рис. 4.17
Решение. Допускаемую нагрузку определяем из расчета на прочность по сечению, ослабленному отверстиями, так как здесь прежде всего может произойти разрушение. Полная площадь сечения листа F = 20 см2.
Ослабление двумя отверстиями ΔF = 4 см2. Рабочая площадь сечения Fраб = F - ΔF =16 см2 = 16·10-4 м2.
Допускаемая нагрузка [P] = Fраб·[σ]=1.6·10-4·160·106 = 256 кН.
11 Ползучесть, последействие и релаксация
Известно, что при повышенной температуре и длительном действии нагрузки постоянной величины деформации детали с течением времени возрастают. Например, в процессе эксплуатации увеличиваются размеры дисков и лопаток газовых турбин, растут деформации обшивки самолетов при высоких скоростях полетов. Наблюдается также постепенное уменьшение напряжений в нагруженной детали при неизменной величине деформации. Например, с течением времени уменьшается сила давления пружины на плиты пресса при неизменном расстоянии между ними, уменьшается предварительная затяжка болтовых соединений и т. д. Отмеченные изменения, как правило, носят необратимый характер. Это явление принято определять термином - ползучесть материала.
Ползучестью называется явление изменения во времени напряжений и деформаций в нагруженной детали. Различают два случая ползучести - последействие и релаксацию.
Последействием, или собственно ползучестью, называется явление роста деформаций при постоянных напряжениях, а релаксацией - уменьшение напряжений при постоянной деформации.
Последействие может быть упругим и пластическим. Последействие при упругих деформациях выражается в том, что своего конечного значении деформации достигают при нагружении, и при разгрузке исчезают полностью не сразу, а по истечении некоторого времени. При пластическом последействии процесс роста деформаций развивается во времени, является необратимым и может привести к разрушению детали без увеличения нагрузки.
Падение напряжений при релаксации является следствием постепенного увеличения пластических деформаций (ползучести) в результате уменьшения упругих. Ползучесть металлов изучается большей частью на опытах по растяжению стержней при постоянной нагрузке и температуре. Зависимость роста относительного удлинения от времени деформирования образца при постоянных напряжениях и температуре представляется графически кривыми ползучести (Рис. 4.16). Вначале, как видно из диаграммы, деформации ползучести быстро нарастают, затем процесс стабилизируется и деформации растут с постоянной скоростью. На третьей стадии перед разрушением образца скорость возрастания деформаций вновь увеличивается. В это время на образце часто появляется шейка, как и при испытаниях на разрыв в условиях нормальной температуры.