Оглавление:
Явление ползучести и релаксации
- Явление ползучести и релаксации. Приведенные выше изменения свойств прочности и пластичности металлов с повышением температуры имеют большое значение при расчете прочности механических деталей и конструкций. Но самым важным в поведении металлов при высоких температурах является так называемое явление ползучести или ползучести. Ползучесть-это непрерывно (хотя и относительно медленно) нарастающая во времени деформация материала, возникающая при высоких
температурах под действием постоянной силы (или напряжения). Некоторые металлы (свинец, латунь, бронза, алюминий и другие цветные металлы и сплавы) могут ползти даже при комнатной температуре. Чем выше температура, тем быстрее происходит деформация ползучести. Иногда не только предел прочности при растяжении, но даже предел пропорциональности материала при комнатной температуре, при высоких температурах, может привести к разрушению детали в результате постепенного увеличения деформации в течение достаточно длительного периода времени.
Так, например, паропроводы, работающие при высоком давлении Людмила Фирмаль
и высокой температуре пара, непрерывно увеличивают свой диаметр и в конечном итоге разрывают стенки трубы, что может закрыть зазор между кромкой лопатки и самой турбиной, в результате ползучести диска и лопатки паровой турбины, что вызывает повреждение лопатки. Деформация ползучести металла является необратимой (пластической) деформацией материала и может рассматриваться как медленная текучесть металла. В некоторых случаях в результате возникновения пластической деформации
вследствие ползучести (особенно в сложном напряженном состоянии) особенно важны изменения величины напряжений и их повторное минутное воздействие на объем детали, когда ее полная деформация не изменяется во времени в силу специфических особенностей работы детали. В этом случае упругая деформация детали, полученная при нагружении, со временем уменьшается. В то же время напряжение детали уменьшается. Это уменьшение напряжений в результате постепенного увеличения пластической деформации за счет упругости называется релаксацией напряжений. Из-за релаксации напряжений плотность соединения деталей, связанных
- упругим натяжением, может быть постепенно ослаблена, чтобы вызвать разрушение нормальной работы конструкции. Так, например, ослабление плотности болтового соединения фланца цилиндра высокого давления газопровода или паровой турбины, в конечном итоге, может привести к образованию газа или пара. Как уже упоминалось, некоторые явления ползучести цветных металлов и сплавов также могут возникать при комнатной температуре. Однако количество ползучести стали, чугуна и цветных металлов и сплавов может возникнуть только при нагреве их выше определенной температуры каждого металла(300-350). Эти явления ползучести в следующем диапазоне температур, по-видимому, являются этими металлами. Но при более высоких
температурах,§ 254] явления ползучести и релаксации 795 Когда явление ползучести возможно в данном металле, ползучесть происходит только при постоянном значении или более высоком напряжении, определенном для каждого металла. Явление релаксации напряжений наблюдалось почти при тех же температурах и напряжениях, что и явление ползучести. Явления ползучести особенно выражены в металлах. Но это также происходит и с рядом других материалов. Например, ползучесть при комнатной температуре наблюдается в различных пластиках (целлулоид, Бакелит, виниопласт и др.). в бетоне и цементном растворе). В железобетонных конструкциях ползучесть бетона
сопровождается перераспределением напряжений между бетоном и арматурой Людмила Фирмаль
с течением времени. Однако несущая способность железобетонных конструкций практически не отражается на перераспределении результатов ползучести и напряжений бетона. Пластическое течение при комнатной температуре происходит в древесине даже при сжатии и особенно при изгибе. Экспериментальные исследования явления ползучести начались сравнительно недавно (1910). Эти более или менее обширные исследования получили распространение только с начала 20-го века, в этом веке, когда были опубликованы результаты первых значительных экспериментальных исследований. Испытание на ползучесть трудно провести даже при простом растяжении. Такие испытания требуют применения специального
оборудования для поддержания постоянной величины нагрузки и температуры, а также для измерения деформации образца. Для того чтобы получить достаточно достоверный результат, необходимо проводить испытания на ползучесть с особым вниманием, причем продолжительность этих испытаний составляет срок службы некоторых испытуемых материалов. Существует одна исключительная серия экспериментов по ползучести, которая длилась более 100 тысяч часов(с 27 марта 1931 года по 8 октября 1942 года). Продолжительность очень немногих опытов превышала 10 тысяч часов (около 1 года), и в большинстве случаев
экспериментатор ограничивался одной-двумя тысячами часов. Поэтому даже при простом растяжении явление ползучести еще не изучено экспериментально. Эксперименты с ползучестью в сложных стрессовых условиях еще более сложны и трудоемки. Большая часть этих экспериментов проводилась на тонкостенных трубах, которые получали комбинацию внутреннего давления, крутящего момента и растягивающих нагрузок. Однако такие испытания все еще проводятся в очень небольшом количестве. Попытки многих исследователей разработать конкретные методы ускоренного испытания на ползучесть до сих пор не увенчались
успехом. Это связано с тем, что правильное время испытаний является необходимым и наиболее важным условием для получения достоверных результатов, основанных на расчетах ползучести деталей машин. Результаты ускоренных испытаний могут служить лишь приблизительной качественной оценкой поведения металла при высоких температурах. В связи с бурным развитием энергетики в СССР, а также в настоящее время, мы уделяем большое внимание изучению явления ползучести. Беляевм. Губкин С. И. Ильюшин А. А. Качанов, Л. М. Малинин, Н. Н. Одинг И. А. Работнов Ю. Н. Серенсен, С. В. Шапошников, Н. А. и многие другие. За рубежом Боумен, Бейли, Дикинсон и Содерберг-наиболее известные исследования феномена ползучести, выполненные Д. А.-дают Тапелю и другим.
Смотрите также:
| Канонические уравнения метода сил | Кривые ползучести и релаксации |
| Влияние высоких температур на механические свойства металлов. | Основы расчётов на ползучесть |
