12. 2 Сығылуға сынаулардың ерешеліктері

Мұнда үлгілер текше немесе биік емес цилиндрлер (h≤ 3d) түрінде алынады, керісінше иілу пайда болуы мүмкін. Өте қысқа үлгілерді де пайдалануға болмайды, өйткені шеткі беттеріндегі үйкеліс күштері  бірталай әсерін тигізеді.

М орт материалдар үшін сығылу диаграммасының түрі созу диаграммасымен бірдей болады. Диаграмма бойынша  σ_б мен δ анықталады, сонда сығу кезіндегі беріктік шегі созылу кезіндегі беріктік шегінен әдетте артық болады.

12.5 суретте пластикалық материалдың типтік сығылу диаграммасы көрсетілген. Басында ол созу диаграммасымен бірдей болады, кейін тікшіл көтеріледі, үлгі жалпаяды және қирамайды. Пластикалық материалдар үшін соылзу және сығылу кезіндегі аққыштық шектері бірдей болады.

12.3 Температура мен уақыттың материалдар қасиеттеріне әсері

t º температурасы мен t уақыт факто-рының материалдардың қасиеттеріне әсерін зерттеу өте күрделі есеп болып келеді, сондықтан дербес жағдайлар қарастырылады.

12.6 суретте аз көміртекті болат үшін Е серпімділік модулі, σ_ақ аққыштық шегі, σ_бберіктік шегі мен үзілгендегі δ ұзаруының tº-дан тәуелдіктері көрсетілген. tº темпе-ратурасының 0…300ºС аралығында серпімділік модулі шамалы ғана кемиды. Одан айтар-лықтай көбірек σ_б мен δ өзгереді, сонда морт қасиеттеріне ие болу  орын алады – үзілу кезін-дегі ұзаруы кемиді. tº  әрі қарай өскенде, болаттың пластикалық қасиеттері кайта ора-лады, ал беріктігі бірталай төмендейді. Жоғары tº кезіндегі морт қасиеттеріне ие болу аз көміртекті болаттар үшін орын алады. Легирленген болаттар және түсті қорытпалар δшамасының бір сарынды өсуін  және σ_б мен σ_ақ  азаюын көрсетеді.

Жоғары tº  болған кезде (органикалық материалдар үшін төмен tº кезінде де)  жүктелген бөлшекте кернеулер мен деформациялар уақыт өтуімен өзгереді, бұл құбылыс жылыстау деп аталады.

Ж ылыстаудың дербес білінуі – зардап, яғни тұ-рақты кернеу кезіндегі жойылмайтын деформация-лардың өсуі. Мысалы: центрден тепкіш күштер және жоғары   tº әсерінен бу және газ турбиналарының дискі-лері мен қалақшалары өлшемдерінің өсуі. Жылыстау қасиетінің тағы бір дербес білінуі – релаксация, ол тұрақты деформациялар кезіндегі уақыт өтуімен кернеулердің өзінен-өзі өзгеруі, мысалы, жоғары tº кезінде қосылыстардағы болттардың тартпасының босауы.

Жылыстау кезіндегі материалдың негізгі сипаттамалары келесі:

а) ұзақ беріктіктің шегі – бұл созылған үлгінің берілген уақыт өткеннен кейін қирау болатын жүктеменің қиманың бастапқы ауданына қатынасы;

б) жылыстау шегі – берілген уақыт аралығында пластикалық дефор-мацияны берілген шамаға жеткізетін кернеу.

13 Дәріс. Созылу-сығылу кезіндегі беріктікке есептеу. Кернеулер шоғырлануы

Дәрістің мазмұны: қауіпсіз кернеулер, беріктік кепілдігі, созылу-сығылу кезіндегі беріктік шарты, кернеулер шоғырлануы.

Дәрістің мақсаты: созылу-сығылу кезіндегі беріктікке есептеудің әдістемесін игеру.

13.1 Созылу-сығылу кезіндегі беріктік шарты. Есептердің үш түрі

Созылуға және сығылуға сынаулары нәтижесінде алынған мате-риалдардың механикалық қасиеттерін конструкция элементтерін есептеу кезінде қалай қолдануға болатынын қарастырайық.

Ең кең таралған әдіс – кернеулер бойынша беріктікке есептеу әдісі. Осы әдісте есептеу конструкцияда орын алатын кернеулердің ең үлкен кернеуі   бойынша жүргізіледі, максималды кернеу материал үшін шекті шамасынан аспау керек σ_max<σ_шек, сонда беріктіктің кейбір кепілдігі ескерілу керек, сондықтан беріктік шарты келесі  түрде орындалу керек

σ_max≤[σ].                                                  (13.1)

Мұнда [σ] – қауіпсіз кернеу, ол шекті кернеудің кейбір бөлігі ретінде анықталады

                                               (13.2)

мұндағы [n] – беріктік кепілдігінің нормативтік мәні, ол конструкция жауапкершілігінің дәрежесіне, есептеу сұлбасының нақтылығына, жобалау тәжірибесіне, конструкция жұмысының шарттарына тәуелді беріледі. Сонда әрқашан [n] >1,0 , оның мәндері конструкцияның әртүрлі элементтері үшін нормативтік құжаттарда беріледі.

Конструкцияда білінетін қалдық деформациялар болмауы үшін пластикалық материалдардан жасалған конструкция элементтеріне σ_шек мәні созылған жағдайда   , сығылған жағдайда   тең деп алынады. Морт материалдарға және кейбір жағдайда бірыңғай пластикалық материалдарға σ_шек ретінде созылу немесе сығылу кезіндегі сәйкес   немесе  беріктік шегі алынады. 

Осы әдіс бойынша беріктік шартының басқа түрі

n≥[n]                                                    (13.3)

мұндағы n – шынайы (есептеу) беріктік кепілдігі, ол n=σ_шек/σ_max формуласымен анықталады.

Сонымен, созылу-сығылу кезіндегі (13.1) беріктік шарты келесі түрге келтіріледі

.                                          (13.4)

Беріктік шартын қолданып, келесі есептерді шешуге болады:

а) тексеру есептері. Мұнда берілген жүктеме мен сырықтың көлденең қимасының өлшемдері бойынша шынайы кернеулерді анықтап, оларды қауіпсіз кернеулермен салыстырады, сонда тікелей (13.4) шартының орындалуы тексеріледі. Кернеулер асып кетсе, беріктік қамсыздандырыл-майды, сондықтан мұндай жағдайға тыйым салынады, ал кернеулер аз болуы материалдың артық шығынына алып келеді;

б) жобалау есептері. Берілген жүктеме мен қаупсіз кернеу бойынша беріктік шартын қанағаттандыратын сырықтардың көлденең қималарының өлшемдерін анықтайды

;                                                 (13.5)

в) жүк көтеру шегін (жүк көтеру қабілетін) анықтау есептері. Мұнда сы-рық көлденең қимасының берілген өлшемдері мен берілген қауіпсіз кернеу бойынша қауіпсіз бойлық күшті анықтайды

,                                              (13.5)

содан кейін бойлық күш пен жүктеме арасындағы байланысты анықтап (статиканың тепе-теңдік теңдеулерінің қолдануымен),  қауіпсіз жүктемені табуға болады.

Сығылған сырықтар беріктікке есептелуімен қатар орнықтылыққа да есептелу керек екенін айтқан жөн, өйткені сығушы күштің кейбір мәнінде сырық иіліп кетуі мүмкін (орнықтылықтан айырылу).

Қауіпсіз кернеу әдісіндегі қабылданған критерий (нүктедегі кернеу) конструкция қирауының шарттарын кейбір жағдайларда сипаттамайтынын айтып кету керек. Сол жағдайларда критерий ретінде жүйе қирамай және формасын айтарлықтай өзгертпей, көтере алатын шекті жүктемені алған дұрыс.

13.1 мысал – Қимасының ауданы А=4 см² шойын сырық үшін (10.1 сурет), созылу кезіндегі қауіпсіз кернеуді  [σ_соз] = 30 МПа  және сығылу кезіндегі қауіпсіз кернеуді  [σ_сығ] = 100 МПа  қабылдап, беріктік шартының орындалуын тексеру керек..

Шешуі. Сырықтың сол жақ аралығында сығылу, басқа екі аралығында – созылу орын алады. Сырық қимасы тұрақты, орташа аралығында  N  бойлық күші басқа екі аралықтағы бойлық күштен артық және мұнда созылу орын алып тұр.  [σ_соз] кернеуі [σ_сығ]-дан аз болғандықтан, беріктік шартын тек қана орташа аралық үшін тексерген жеткілікті болады. Сонда σ=N/A=5∙10³/4∙10²=12,5 МПа<[σ_соз]=30 МПа, сондықтан сырық үшін беріктік шарты орындалып тұр.