1.8. Некоторые фундаментальные свойства материалов

Разрыхление материала при пластической деформации. В.В. Новожилов теоретически показал, что всякая пластическая деформация сопровождается остаточным монотонным увеличением объема, которое физически можно представить как образование в теле микропустот, т.е. как "пластическое разрыхление".

В качестве причин упрочнения материала В.В. Новожилов выдвинул следующие гипотезы:

  • упрочнение, обусловленное возрастанием внутреннего трения;
  • упрочнение, обусловленное внутренними упругими силами межзерновой и межблочной природы.

По первой граница области упругих деформаций всесторонне расширяется, по второй - сжимается как жесткое целое. Фактически, на упрочнение влияют обе отмеченные гипотезы.

Увеличение объема пропорционально работе, затрачиваемой на пластическую деформацию.

Разжижение песка. Происходит под действием вибрационных нагрузок. Водонасыщенный песок превращается в тяжелую вязкую жидкость. Разжижение является сложным стадийным процессом, зависящим от состава и состояния грунта и вида воздействия. Со временем свойства вязкой жидкости утрачиваются и происходит упрочнение. Отдельные виды песков "плывуны" обладают высокой чувствительностью к нарушению структуры и способны длительное время пребывать в разжиженном состоянии. "Псевдоплывуны" - пески, разжижающиеся вследствие фильтрационных процессов и быстро восстанавливающих прочность.

Критическое время сопротивления материала - время, в течение которого его прочность не должна снизиться по сравнению с кратковременной больше, чем на определенную величину.

Твердость - разнообразные характеристики сопротивляемости материала деформации.

Термическая стойкость - способность материала выдерживать без разрушения переменную температуру и термические напряжения.

Ползучесть - нарастание деформаций при постоянном напряжении.

При F = 0,4...0,5 деформации ползучести пропорциональны напряжениям, т.е. имеет место линейная ползучесть. Для железобетонных конструкций интенсивное нарастание деформаций ползучести происходит в течение первых 100 суток после нагружения. После трех лет деформации ползучести затухают. Причиной их развития являются перемещения воды в порах геля, вязкие деформации гелевой составляющей и деформации скелета. При возникновении в бетоне трещин проявляются пластические деформации.

21

Устойчивость форм равновесия. Равновесие может быть устойчивым, безразличным (нейтральным) и неустойчивым. При определенных условиях может быть не единственное положение равновесия. Потеря устойчивости первоначальной формы равновесия часто является причиной исчерпания работоспособности и приводит к аварии или аварийной ситуации. Так, потеря устойчивости элемента соединительной решетки в одном из элементов мостовой фермы привела к катастрофе строящегося моста в Квебеке (Канада).

В процессе работы некоторых конструкций, например, днища в корпусе судна, предусматривается возможность потери местной устойчивости в упругой области работы материала.

Устойчивость является одним из свойств движения системы. Равновесие системы неустойчиво, если малое возмущение вызывает движение, уводящее систему от невозмущенного состояния.

Системы, теряющие устойчивость с перескоком. Примерами их являются пологая арка, хлопающая мембрана. Потеря устойчивости изгибной формы равновесия, при которой конструкция сохраняет первоначальную выпуклость вверх, сопровождается прощелкиванием в новую форму с изгибом выпуклостью вниз. При f ≤ 1,5δ мембрана неспособна к прощелкиваниям. Возможны и различные изгибные формы равновесия оболочек (например, ромбовидные вмятины цилиндрических оболочек). Системы чувствительны к несовершенствам.

Выносливость материала. При переменных во времени напряжениях материал хрупко разрушается после некоторого числа циклов изменения напряжений при условии превышения максимальными напряжениями предела выносливости.

Условный предел выносливости - величина напряжений, вызывающих разрушение при числе циклов, равным заданному.

Предел выносливости - наибольшее напряжение, при котором не наступает разрушение, как бы ни было велико число циклов нагружения.

На рис. 1.7 ... 1.14 приведены из [15] типичные кривые, характеризующие некоторые фундаментальные свойства материалов. Здесь ТM - температура плавления, G - модуль сдвига, (подробнее см. [27, 30, 71, 72, 109, 125]).

Предел ползучести - напряжение, при котором деформация ползучести через определенный промежуток времени при данной температуре получит заранее заданную величину.

Известны два механизма ползучести металлов: дислокационная и диффузионная. При небольших напряжениях движение дислокации замедляется или прекращается, но ползучесть продолжается из-за движения большого числа атомов - диффузионного течения из зоны сжатия в зону растяжения. Обобщенная диаграмма механизмов деформации приведена на рис 1.14

22

Рис. 1.8. Типичные кривые зависимости
Рис. 1.8, Типичные кривые зависимости:
а) - логарифма скорости деформирования от логарифма напряжений;
б) - логарифма начального напряжения от логарифма времени до разрушения;
в) - минимальной скорости ползучести от температуры;
г) - нагрузки от времени при постоянной деформации (кривые релаксации).
Рис. 1.9. Типичные кривые ползучести для различных нагрузок
Рис. 1.9. Типичные кривые ползучести
для различных нагрузок
Рис. 1.10. Типичная кривая зависимости скорости деформации от времени.
Рис. 1.10. Типичная кривая зависимости
скорости деформации от времени.

23

<strong>Рис. 1.11. Изохорные<br> кривые ползучести</strong>
Рис. 1.11. Изохорные
кривые ползучести
 <strong>Рис. 1.12. Изодеформационные<br> кривые</strong>
Рис. 1.12. Изодеформационные
кривые
 <strong>Рис. 1.13. Типичная реакция на ступенчатое нагружение при ползучести</strong>
Рис. 1.13. Типичная реакция на ступенчатое нагружение при ползучести
 <strong>Рис. 1.14. Влияние<br> разгрузки на ползучесть</strong>
Рис. 1.14. Влияние
разгрузки на ползучесть
 <strong>Рис. 1.15. Карта<br> механизмов деформации</strong>
Рис. 1.15. Карта
механизмов деформации

24

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.