Факторы, влияющие на прочность и разрушение материалов

В зависимости от условий эксплуатации конструкции механические характеристики материала могут изменяться очень сильно. Может измениться и характер разрушения (с пластического на хрупкий). Рассмотрим основные факторы, влияющие на прочность и разрушение материалов.

Время действия статической нагрузки

При постоянной нагрузке с течением времени напряжения и деформации в конструкции меняются. В зависимости от материала и от температуры эти изменения могут быть различными.

Ползучесть

Изменение деформаций во времени при постоянной нагрузке называется ползучестью или последействием. Последействие может быть упругим и пластическим. При упругом последействии (рис. 17.1, я), появившиеся со временем деформации постепенно уменьшаются и исчезают после снятия нагрузки. При пластическом последействии (рис. 17.1,5) после снятия нагрузки деформации уменьшаются незначительно.

Рис. 17.1. Последействие упругое (л) и пластическое (б).

Деформация, возникшая при нагружении (участок ОА), равная о/?, с течением времени увеличивается (участок А В). При разгрузке исчезает упругая деформация, возникшая при нагрузке (участок ВС).

После разгрузки деформация медленно уменьшается (участок CD). Это явление называется обратным последействием, или обратной ползучестью. В случае упругого последействия деформации исчезают полностью, при пластическом последействии остаточные деформации полностью не исчезают.

Деформации ползучести зависят от напряжений, температуры и времени. Построить четырехмерную поверхность невозможно. Для построения плоских кривых ползучести приходится зафиксировать два параметра из трех. Примеры кривых ползучести показаны на рис. 17.2. Деформации ползучести увеличиваются с ростом напряжений, температуры и времени.

Рис. 17.2. Кривые ползучести Рис. 17.3. Мягкое (а) и жесткое (б) нагрупри различных температурах жение конструкции У стальных и чугунных деталей ползучесть заметна лишь при относительно высоких температурах (выше 300 °С). При меньших температурах влиянием ползучести можно пренебречь. Однако у ряда материалов с низкой температурой плавления (свинец, олово, алюминий) и у пластмасс явление ползучести заметно и при комнатной температуре (20 °С). Обычно ползучесть надо учитывать при расчетах конструкций, находящихся в процессе эксплуатации длительное время в нагретом состоянии: элементы конструкций паровых и газовых турбин, реактивных двигателей, паровых котлов, химических аппаратов и тепловых устройств.

Для сопоставления сопротивления ползучести разных материалов вводится характеристика, называемая пределом ползучести — напряжение, при котором деформация ползучести при заданной температуре достигает определенной техническими условиями величины за заданный отрезок времени. При длительном действии нагрузки деформация ползучести может привести к разрушению конструкции.