Пластические деформации (статическое разрушение)

Наука о прочности, жесткости и надежности элементов инженерных конструкций

Расчет шпоночных и зубчатых соединений. Цель - овладение навыками правильного выбора вида и размеров соединения. Решаемые задачи: подбор и проверочные расчеты шпоночных соединений; подбор и проверочные расчеты зубчатых соединений.

Одной из распространенных моделей поведения материала при упруго-пластических деформациях является модель пластичности, основанная на деформационной теории Генки—Ильюшина, описываемая уравнениями:

Здесь — средняя деформация,

— среднее напряжение,

— безразмерный коэффициент, называемый параметром пластичности (с точностью до множителя он совпадает с интенсивностью касательных напряжений). При эта модель описывает поведение упругого материала.

Высокоэластическое состояние — наиболее характерно для полимеров; особенностями этого состояния являются большая изменяемость формы и деформирование без изменения объема. Для материалов, находящихся в высокоэластическом состоянии, наблюдается существенная зависимость их свойств от длительности и скорости нагружения, температуры и т. д.

Состояние разрушения — состояние, при котором за счет интенсивного развития трещин в материале тела начинается нарушение его сплошности и непрерывности. Физический процесс разрушения материала представляется в виде двух основных стадий — стадии рассеянных разрушений (зарождение и развитие микроскопических трещин) и стадии развития магистральной трещины. Очаги зарождения микротрещин распределены по всему объему материала, находящегося в однородном напряженном состоянии, достаточно равномерно. Относительная длительность первой и второй стадии разрушения зависит от свойств материала, характера напряженного состояния и условий нагружения.

Диаграммы упрого-пластического деформирования конструкционных материалов

Основным опытом для определения механических характеристик конструкционных материалов является опыт на растяжение призматического образца центрально приложенной силой, направленной по продольной оси; при этом в средней части образца реализуется однородное напряженное состояние. Форма, размеры образца и методика проведения испытаний определяются соответствующими стандартами, например, ГОСТ 34643—81, ГОСТ 1497-73. По результатам испытаний строится зависимость между напряжениями и деформациями , которая называется диаграммой деформирования. Опыты на растяжение образцов выявляют некоторые общие свойства конструкционных материалов—свойства упругости и пластичности. На рис. 1 показаны типичные кривые деформирования при растяжении образцов из материала сталь 30 и сталь 40Х.

Если напряжения не превышают — предела пропорциональности (точка / на диаграмме), и зависимость между напряжениями и деформациями линейна, то она описывается законом Гука , где Е—модуль продольной упругости материала. Размерность модуля упругости—Н/м2 (Паскаль). Значение модуля упругости Е на кривой деформирования численно равно тангенсу угла наклона линейного участка: . Таким образом, величину Е можно рассматривать как характеристику упругого сопротивления или как характеристику интенсивности- нарастания напряжения с увеличением деформации. Физический смысл коэффициента Е определяется как напряжение, необходимое для увеличения длины образца в два раза. Такое толкование довольно искусственно, поскольку величина упругого удлинения у большинства твердых тел редко достигает даже 1%.



Рис.1. Характерные диаграммы растяжения

Ускорение движения точки

Физическая величина, характеризующая быстроту изменения во времени скорости движения точки, называется ускорением. Рассмотрим два сколь угодно близких положения точки М и М на траектории. Скорость в точке М обозначим υ, а в точке М1 — υ + Δυ (рис. 42). Геометрическое приращение вектора скорости Δυ за промежуток времени Δt найдем, построив в точке М вектор, равный υ+ Δυ и соединив концы векторов υ и υ + Δυ. Отношение Δυ к Δt представит собой среднее ускорение ωCP т.е.

wСр=

Вектор wСр имеет направление Δυ (рис, 42).

Переходя в (11.27) к пределу при Δt 0 , найдем ускорение w в данный момент времени

w=
Если этот предел существует, то получим

w=

или

w=

так как υ=r. Таким образом,

w=υ=r

Из (11.28) видно, что ускорение точки равно нулю лишь тогда, когда скорость точки υ постоянна как по величине, так и по направлению: это соответствует только прямолинейному и равномерному движению. В СИ за единицу ускорения принимают 1 м/с2.

Так как ускорение в данной точке равно первой производной по времени от скорости, то оно направлено по касательной к годографу скорости. Проводя в каждой точке траектории векторы, соответственно равные w1, w2, ..., w, определим направление ускорения в каждой точке (рис. 43). Конечно, приведенный способ определения направления ускорения точки представляет только теоретический интерес. На практике ускорение определяют более удобными методами, о которых будет идти речь в следующих параграфах.

Лабораторная работа "Изучение конструкции червячного редуктора". Цель работы - ознакомиться с устройством и конструктивными особенностями червячного редуктора и приобрести навыки определения основных геометрических параметров червячного зацепления. Задачи работы: произвести разборку редуктора; отметить особенности конструкции; определить размеры основных элементов червяка и червячного колеса и вычислить значения основных параметров зацепления, согласовав их со стандартными рядами; ознакомиться со способами регулировки зацепления и редуктора; собрать редуктор.
Деформации тела характеризуются изменением взаимного расположения точек тела до и после деформации