Определение релаксации остаточных напряжений, обратного упругого последействия материалов методом профилированной координатной сетки

                                                                           Выполнила студент

Цветкова Е.Г.

Группа 033-013

Проверил: Ивасышин Г.С.

 

Псков 2009

Содержание.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………3

 

ТЕРМИНОЛОГИЯ…………………………………………………………………………...….6

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………………………….7

 

ПРИКЛАДНАЯ ЧАСТЬ………………………………………………………………….…….10

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………….………..14

 

 

                                                        ВВЕДЕНИЕ

Напряжения, стабильно существующие в теле длительный период времени без приложения внешних нагрузок, носят название остаточных (термин английского проис­хождения - residual stresses), собственных (термин немецкого происхождения - Ei-genspannungen) или внутренних напряжений [1].

Происхождение остаточных напряжений связано с воздействием различных физи­ко-химических и термомеханических факторов, вызывающих в материале необратимые процессы, такие, как неоднородная пластическая деформация, фазовые превращения, диффузия и т. д.

По масштабам сферы действия остаточные напряжения делятся на напряжения первого рода (макронапряжения), простирающиеся на объемы, соизмеримые с размера­ми тела; напряжения второго рода (микроиапряжения), уравновешивающиеся в зонах, соизмеримых с размерами отдельных кристаллитов и, наконец, искажения, характери­зующиеся необратимым и неупорядоченным изменением параметров элементарной ячей­ки той или иной кристаллической структуры.

Проявление остаточных напряжений связано с изменением многих физико-химических и физико-механических свойств материала и, в первую очередь, его прочно­стных характеристик. Влияние их на свойства материалов может быть как положитель­ным, так и отрицательным. Например, в машиностроении хорошо известна положитель­ная роль сжимающих напряжений, возникающих в процессе наклепа поверхности дета­лей. Усталостная прочность стали повышается при этом на 30%, а в надрезанных образ­цах—на 60% и более. Положительная роль наклепа для различных материалов отмечается в работах Я. Б. Фридмана, С. И. Кишкиной, М. О. Якобсона, С. В. Серенсена и других ав­торов. Она связана с упрочнением вследствие структурных изменений, изменений микро­геометрии поверхности и ее фазового состава. Полезные сжимающие напряжения, возни­кающие при этом, способствуют благоприятному перераспределению суммарных напря­жений в условиях эксплуатации, способствуя разгрузке поверхностных ослабленных сло­ев металла.

Неблагоприятное проявление остаточных напряжений следует рассматривать, по крайней мере, в трех аспектах.

Во-первых, это возможность преждевременного разрушения деталей в процессе эксплуатации вследствие суммарного действия остаточных и эксплуатационных (внеш­них) напряжений. Такое наложение, очевидно, особенно опасно при наличии растяги­вающих остаточных напряжений. Однако следует учитывать, что высокий уровень сжи­мающих напряжений (близкий к пределу текучести материала) при знакопеременном внешнем нагружении также может стимулировать разрушение.

В этом случае превышение предела текучести в локальных участках детали при сжатии под действием суммарных (остаточных и внешних) напряжений вызывает в этих зонах перегрузок остаточное пластическое сжатие металла, которое приводит в дальней­шем к возникновению здесь устойчивых остаточных растягивающих напряжений, влия­ние которых на снижение прочностных свойств материала общеизвестно.

Необходимо отметить еще одну из форм проявления остаточных напряжений — разрушение без приложения внешних нагрузок. Процесс образования и развития микро­трещин приводит в конечном счете к самопроизвольному» разрушению изделия. Такое разрушение является весьма серьезной проблемой, возникающей например, при сварке некоторых высокопрочных конструкционных материалов.

В связи с этим следует отметить, что роль макро- и микронапряжений в образова­нии очагов разрушения аналогична и различие их определяется только размерами этих очагов. Однако процесс развития очагов разрушения (трещин) любого происхождения (в том числе и микроскопических) стимулируется, конечно, действием макронапряжений, т. е. напряжений первого рода.

Во-вторых, это возможность возникновения под действием остаточных напряже­ний объемного напряженного состояния (например, при литье, сварке и т. д.). При этом затрудняется релаксация напряжений путем пластического сдвига и возрастает вероят­ность трещинообразования, что довольно часто наблюдается в сварных швах. В связи с тем, что на поверхности сварного шва объемное напряженное состояние переходит в плоское (перпендикулярная к поверхности составляющая a_z=0), здесь появляется предпо­сылка для релаксации напряжений путем пластических деформаций, поэтому трещины не всегда выходят на поверхность. Такие скрытые дефекты создают особую опасность при эксплуатации сварных конструкций.

В-третьих, это стимулирование коррозионно-окислительных процессов, а при на­личии растягивающих напряжений—коррозионное растрескивание материала под напря­жением.

Неоднородность поля остаточных напряжений может способствовать также разви­тию точечной коррозии.

Остаточные напряжения стимулируют также диффузионные процессы, про­текающие в материале в условиях эксплуатации при повышенных температурах. К ним относятся, в частности, процессы селективного окисления, рекристаллизации и другие диффузионные факторы разупрочнения.

Опасность вредного влияния остаточных напряжений усугубляется тем, то они не обнаруживаются средствами дефектоскопического контроля и проявляются через неопре­деленные промежутки времени при эксплуатации изделий. По этой же причине их роль в процессе разрушения установить значительно труднее, чем роль других (металлургиче­ских или технологических) дефектов. Тем не менее, в настоящее время накоплен обшир­ный фактический материал, свидетельствующий о возможности регулирования харак­тера остаточных напряжений и их влияния на эксплуатационную надежность различных изделий.

Вопросам возникновения, регулирования и роли остаточных напряжений в измене­нии прочности и долговечности изделий уделяется в последнее время все возрастающее внимание. Успешное решение их невозможно без дальнейшей разработки и усовершенст­вования существующих методов исследования напряжений и правильного, рационального применения их в практике.

 

Актуальность проблемы.

 

Опасность вредного влияния остаточных напряжений усугубляется тем, то они не обнаруживаются средствами дефектоскопического контроля и проявляются через неопре­деленные промежутки времени при эксплуатации изделий. По этой же причине их роль в процессе разрушения установить значительно труднее, чем роль других (металлургиче­ских или технологических) дефектов. Тем не менее, в настоящее время накоплен обшир­ный фактический материал, свидетельствующий о возможности регулирования харак­тера остаточных напряжений и их влияния на эксплуатационную надежность различных изделий.

Вопросам возникновения, регулирования и роли остаточных напряжений в измене­нии прочности и долговечности изделий уделяется в последнее время все возрастающее внимание. Успешное решение их невозможно без дальнейшей разработки и усовершенст­вования существующих методов исследования напряжений и правильного, рационального применения их в практике.