Определение перемещений и напряжений при ударном нагружении элементов конструкций Оценка ударной (стр. 2 из 2)
Зависимости расчетных и экспериментальных динамических перемещений пружины от высоты падения груза.
Изменения расчетных и экспериментальных динамических напряжений пружины от высоты падения груза.
6. Находим отклонения расчетных от экспериментальных величин при максимальной высоте падения груза:
δ=100(λд-λЭД)/λЭД=100(48,7-45)/45=8,2%.
3 Оценка ударной вязкости пластичного и хрупкого материалов
Многие детали машин и элементы конструкций испытывают постоянно или периодически ударные нагрузки (кузнечные молоты и штампы; строительные копры и сваи; стволы стрелкового и артиллерийского оружия; режущий инструмент при обработке граненых заготовок; отбойные молотки; двигатели внутреннего сгорания при детонации; шасси транспортных средств при скоростном движении по неровной дороге). На практике нередки случаи, когда детали, изготовленные из пластичных сталей, при ударном нагружении преждевременно выходят из строя в результате хрупкого или вязкого разрушения. Хрупкое разрушение такое, которое происходит путем отрыва одних частиц материала от других без заметных макропластических деформаций. Поверхность хрупкого излома имеет кристаллический блеск. Вязкое разрушение совершается при значительных макропластических деформациях путем сдвига по плоскостям действия наибольших касательных напряжений. Поверхность вязкого разрушения имеет матовый оттенок. В некоторых случаях наблюдается смешанный характер разрушения, когда примыкающая к надрезу часть излома разрушается хрупко, а остальная -вязко. Хрупкое разрушение более опасно, поскольку оно в меньшей мере предсказуемо, совершается практически мгновенно, имеет более широкий диапазон рассеивания разрушающих нагрузок. Переходу пластичного материала в обычных условиях в хрупкое состояние способствуют следующие факторы: характерное для удара увеличение скорости нагружения; изменение за счет концентраторов напряжений характера напряженного состояния от линейного (гладкие участки образцов или деталей) к местному трехосному (надрезанные участки образцов или деталей с выточками, отверстиями, галтелями, шпоночными канавками, резьбовыми и шлицевыми участками); пониженные рабочие температуры, характерные в первую очередь для районов Крайнего Севера и Сибири.
Для оценки склонности материала к хрупкому разрушению проводятся динамические испытания при различных способах нагружения (растяжении, изгибе, кручении). По результатам испытаний определяют ударную вязкость материала, которая представляет собой затраченную на разрушение образца энергию, приходящуюся на единицу площади сечения в месте разрушения. Результаты испытаний на ударную вязкость имеют сравнительный характер, поэтому ГОСТ 9454-78 рекомендует форму и размеры образцов. Значения ударной вязкости зависят от температуры испытаний. Низкая температура, при которой наблюдается резкое падение ударной вязкости, называется критической температурой хрупкости (хладоломкость). Существенное снижение ударной вязкости углеродистых сталей может наблюдаться в диапазоне 400...550 °С за счет выпадения углерода в виде микродисперсной фазы, затрудняющей развитие пластических деформаций (синеломкость). Снижение ударной вязкости сталей может происходить также в интервале 700... 1000 °С за счет оплавления границ зерен (красноломкость).
Наибольшее распространение на практике получили испытания на ударный изгиб призматических образцов I типа размерами 10 х 10 х 55 мм3 с U-образ-ным надрезом радиусом 1 мм и глубиной 2 мм, проводимые на маятниковых копрах (МК-30 и др.). Перед испытанием задают начальную энергию Kt ма ятника, устанавливают образец и проводят его разрушение, записывают энергию вылета маятника К2после разрушения образца, определяют остаточную энергию К\ост для вычисления энергии трения Кгр.
Требуется: определить энергию трения Ктр =К1 — K1ост; энергию
К = К1 – К2- Kтр, затраченную на разрушение образца; ударную вязкость КС = K/Fmin (кГс м/см2; Дж/см2); Fmin = 0,8 см2. Сравнить склонность углеродистой стали и серого чугуна к хрупкому разрушению.
Результаты испытаний на ударную вязкость
| Углеродистая сталь | Серый чугун | ||||
| К1 кГс м | К2 кГс • м | К1ост кГс м | К1 кГс м | К2 кГс м | K1ост кГс м |
| 14,0 | 2,80 | 13,6 | 1.10 | 0.20 | 1,00 |
1. Выполняем эскиз образца для испытаний на ударный изгиб.
Образец для испытаний на ударный изгиб
2. Вычисляем энергию трения, расходуемую на преодоление сил трения в подвижных соединениях маятникового копра МК-30, сил сопротивления воздуха, потери в опорах и др.:
• для углеродистой стали Kтр = К1-К1ост = 15,0 - 13,6 = 1,40 кГс м;
• для серого чугуна Ктр= 1,10 - 1,0 = 0,10 кГс м.
3. Находим энергию, затраченную на разрушение образцов:
• из углеродистой стали; К = K1 – К2 - Kтр = 15,0 - 2,80 - 1,40 =
= 10,8 кГс м;
• из серого чугуна: К= 1,10-0,20-0,10 = 0,80 кГс м.
4. Определяем ударную вязкость:
Для углеродистой стали КС= K/Fmin=10.8/0.8=13.5 кГс м/см2 =135 Дж/см2
Для серого чугуна КС =0,80/0.8=1 кГс м/см2 =10 Дж/см2
Выводы
1.Отклонения в большую сторону расчетных от экспериментальных динамических перемещений и напряжений в опытах № 1 и № 2 обусловлены тем, что небольшая часть энергии удара затрачивается на деформирование в области удара, внутреннее трение в материале балки и пружины, потери в опорах, а также погрешностями измерения динамических перемещений балки и пружины.
2.Поскольку отклонения данных расчета от данных эксперимента сравнительно небольшие, то приближенная теория удара может применяться в инженерных расчетах на прочность и жесткость элементов конструкций.
3. Изучена методика испытаний материалов на ударный изгиб.
4. Определены значения ударной вязкости углеродистой стали и серого чугуна.
5. Результаты испытаний показывают, что склонность серого чугуна к хрупкому разрушению при ударных нагрузках значительно выше, чем углеродистой стали, т. к. ударная вязкость серого чугуна существенно меньше, чем углеродистой стали.