Глава VI. Деформации и напряжения при сварке
§ 23. Силы, деформации, напряжения и связь между ними
Прочностью металла называют способность его сопротивляться разрушению под действием сил.
Силы подразделяют на внешние и внутренние. Внешние силы создаются от внешней нагрузки: вес изделия, давление газа в сосуде, предварительное натяжение элемента, например, арматурного стержня в железобетоне и от временной нагрузки: вес снега на крыше здания, ветер, создающий нагрузку на стену сооружения, сейсмические воздействия и др.
Внутренние силы возникают от изменения температуры изделия при эксплуатации, изменения структуры металла под действием внешней нагрузки или при сварке, или от действия тех и других. В расчетах на прочность внутреннюю силу часто называют усилием.
Внешние нагрузки бывают статическими (постоянными в процессе эксплуатации изделия), динамическими (переменными по величине и направлению) и ударными. Динамические знакопеременные нагрузки называются также вибрационными.
Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешней или внутренней силы. Допустим, что к концам стержня длиной L (рис. 23) приложены силы, возрастающие от P до P1, растягивающие его.
Рис. 23. Изменение длины стержня при возрастании нагрузки: P, P1 - силы, действующие на стержень
Под действием этих сил стержень удлиняется. Обозначим через ΔL увеличение длины стержня, называемое абсолютным удлинением. Отношение абсолютного удлинения ΔL к первоначальной длине стержня L называется относительным удлинением
| δ= | ΔL | . |
| L |
Относительное удлинение обычно выражается в процентах, т. е.
| δ= | ΔL | ·100%. |
| L |
При растяжении стержня постоянного сечения величина деформации определяется действующей силой. Чем больше сила, тем больше вызываемая ею деформация.
Напряжением называют силу, отнесенную к единице площади поперечного сечения тела. Сила измеряется в кгс, площадь в мм2 или см2, а напряжение в кгс/мм2, кгс/см2.
Различают напряжения растяжения, сжатия, изгиба, кручения и среза. Величина напряжения растяжения находится от деления растягивающей силы на площадь сечения детали, т. е.
| σp= | P | , |
| F |
где σp - напряжение растяжения, кгс/мм2; P - растягивающая сила, кгс; F - площадь поперечного сечения детали до ее разрушения, мм2.
Деформации могут быть упругие и пластические. Если форма и размеры тела восстанавливаются после прекращения действия силы, то такая деформация будет упругой. Для образца из низкоуглеродистой стали, в котором действует постоянно возрастающее напряжение, деформация в виде относительного удлинения δ% остается упругой до тех пор, пока сила не превысит некоторый предел, называемый пределом упругости σy (рис. 24, точка В). Точкой С на диаграмме отмечена сила (или напряжение), при которой появляется деформация, остающаяся после снятия нагрузки, - пластическая деформация. Эту точку называют пределом текучести σт.
Рис. 24. Диаграмма растяжения стали: - предел упругости, ат - предел текучести, а* - временное сопротивление растяжению
Упругая деформация по величине весьма незначительна. Для низкоуглеродистых сталей она не превышает 0,2%. Следовательно, любое усилие, вызывающее относительное удлинение менее 0,2%, приводит лишь к упругой деформации, которая сразу же исчезает при прекращении действия приложенного усилия.
Пластическая деформация сильно увеличивается, если напряжение превышает предел упругости. Например, если напряжение в детали из стали Ст3 превысит предел упругости на 1 кгс/мм2, относительное удлинение возрастет с 0,2 до 2%.
При повышении температуры стали предел упругости и предел текучести понижаются, следовательно, пластическая деформация возникает при меньших напряжениях или усилиях, чем в холодном металле (рис. 25). Из рисунка видно, что предел текучести при температуре 0°С, равный 25 кгс/мм2, при температуре 400°С понижается до 15 кгс/мм2, а при 600°С до 6 кгс/мм2. При температуре выше 600°С предел текучести становится настолько малым, что достаточно совсем небольшого усилия для возникновения остаточной деформации.
Рис. 25. Влияние температуры на величину предела текучести стали
|
ПОИСК:
|
При использовании материалов сайта активная ссылка обязательна:
http://metallurgu.ru/ 'Библиотека по металлургии'