Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

разрушения, вызванных деформациями или напряжениями, мо­ гут показаться беспредметными, так как в этом случае безраз­ лично, каким из этих понятий оперировать (напряжение или деформация).

Обращаясь к идеализированной связи напряжения и дефор­ мации в равномерно деформируемом образце, например при растяжении, можно отметить четыре различных состояния.

Состояние 1 (рис. 1 ) соответствует упругому поведению материала, при котором напряжение резко возрастает с увели­ чением деформации; например, для малоуглеродистой стали деформация до начала текучести не превышает 0,1 %. Поэтому целесообразно фиксировать край­ нюю точку на упругом участке по величине напряжения, а не де­ формации и характеризовать ус­ ловия работы конструкций, рабо­ тающих в упругой области, уров­ нем напряжений. Однако по мере подтверждения того факта, что в большинстве стальных конструк­ ций их отдельные участки нагру­ жены напряжениями выше преде­ ла текучести, все отчетливее ста­

гр а м м а н а п р я ж е н и е — д е ф о р м а ц и я новится необходимость опериро­ вать не только напряжениями, но и деформациями. Горизонтальная часть кривой напряжение —

деформация не позволяет фиксировать состояние материала ве­ личиной напряжения.

Состояние 2 соответствует условиям пластической деформа­ ции. При этом важны и напряжение, и деформация; напряжение равно, по крайней мере, пределу текучести, а деформация значительно больше, чем при достижении предела текучести.

Состояние 3 соответствует пластической (остаточной) дефор­ мации в разгруженном образце. При разгрузке напряжения исчезают, но пластическая деформация остается и может быть названа постоянной остаточной деформацией.

Состояние 4 имеет место при значительных пластических деформациях. Во всяком случае следует считать, что при любых условиях работы материала напряжение и деформация действуют совместно, и следует учитывать каждую из этих двух характеристик.

Если хрупкое разрушение характеризуется потерей проч­ ности (низким уровнем напряжений), наверное, правильнее выражать степень безопасности или опасности нагружения величиной напряжений. В широком смысле безопасность кон­ струкции зависит от разности между общей прочностью (предельной несущей способностью) и приложенным рабочим

lOfi

напряжением. Полезно отметить, что общая прочность есть свой­ ство материала, тогда как приложенное напряжение зависит от внешней нагрузки.

Если хрупкое разрушение определяется недостаточностью деформационной способности, то степень безопасности правиль­ нее выражать через деформацию. Она будет представлять собой разницу между деформацией при разрушении и деформацией, вызванной рабочей нагрузкой. И опять-таки, деформация при разрушении есть свойство материала, а деформация, вызванная нагрузкой, определяется условиями работы.

В обоих случаях безопасность выражается разницей между предельным значением свойств материала и значением, обу­ словленным условиями работы. Вероятность хрупкого разру­ шения увеличивается при понижении пластических свойств материала (что называется охрупчиванием) или при повышении рабочих напряжений. С конструктивной точки зрения такое общее разделение свойств материала и эксплуатационных условий нагружения является, по-видимому, более логичным подходом, чем концепция раздельной оценки напряжений и де­ формаций. Однако такой подход не означает принижения важности фундаментальных работ, построенных на обеих концепциях.

В качестве одного простого подхода к данной проблеме

лят точку напряженно-деформированного состояния, которая сдвинута вправо по кривой (когда конструкция нагружена) или по оси деформаций (когда конструкция разгружена). Охруп­ чивание материала сдвигает «критическую» точку разрушения справа налево, вероятно, по иной кривой, чем для исходного материала. Если «сдвиг вправо», обусловленный условиями работы, превосходит «сдвиг влево», вызванный охрупчиванием материала, происходит разрушение; при этом конструкция име­ ет меньшую пластичность, чем предполагалось на основе диаграммы напряжение — деформация. Такие же рассуждения можно привести, если рассматривать сдвиг вверх и вниз по оси напряжений. Этот подход более сложен, так как охрупчивание' не обязательно вызывает снижение прочности; в действительно­ сти оно может и увеличить, и уменьшить хрупкую прочность.,,. Следовательно, кажется логичнее изучать явление разрушения, основываясь на величине деформации, а не напряжения.

Конечно, могут существовать и другие подходы к решению проблемы разрушения, но любой иной подход заранее предпола­

стн но линиям DC и D'C' и значения напряжения для растяну­ той зоны будут:

Координаты X и у точек на рис. 3 можно представить следую­

Отсюда получаются выражения для только что приведенных значений минимальных и максимальных напряжений.

ПО

упруго по линиям CDCD и C'D'C'D'. Значение напряжения для растянутой зоны будет:

минимальное о,„ = F'D — гт„ —2ст„;

максимальное ст.м = FC = ст„;

Следует заметить, что в данном случае пластическая деформация возможна лишь в зоне действия растягивающих остаточных напряжений (в первом полуцикле нагружения).

то пластическая деформация может произойти не только в зоне растягивающих остаточных напряжений, но и в зоне остаточных сжимающих напряжений, которые при перемене знака нагрузки достигают предела текучести. На рис. 5 показано, как меняются напряжения. В растянутой зоне напряжения смещаются по ли­

в пластическую при сжатии зону (участок F'G'). Эти пластиче­ ские деформации происходят только один раз при первом цикле нагружения. Последующее циклическое нагружение изменяет