Схемы напряженного состояния металла

Обновлено: 19.05.2024

Если к металлическому телу, один конец которого закреплен, приложить внешнюю, например, растягивающую силу, то в теле возникнут внутренние силы, направленные в сторону, противоположную действию внешней силы. Появление в теле внутренних сил необходимо для уравновешивания внешних сил. Взаимно уравновешиваться эти силы могут только при действии на абсолютно твердые тела. Поскольку таких тел в природе нет, то при действии внешней силы металлическое тело испытывает деформацию. Деформация осуществляется до тех пор, пока между внешними и внутренними силами не наступит равновесие.

Появление в металлическом теле внутренних сил свидетельствует о том, что тело находится в напряженном состоянии. Под напряженным состоянием тела понимают состояние вынужденного отклонения атомов от положения устойчивого равновесия в элементарной кристаллической решетке, вследствие чего атомы стремятся вернуться к своим нормальным положениям.

Напряженное состояние в точке или в некотором объеме деформируемого тела характеризуется схемой главных нормальных напряжений, действующих в трех взаимно перпендикулярных площадках. Схема главных напряжений дает графическое представление о наличии и знаке главных напряжений, возникающих под влиянием внешне приложенных сил.

Возможны девять схем напряженного состояния (рисунок 8). Напряженное состояние в точке может быть линейным, плоским или объемным.

Рисунок 8 – Схемы напряженного состояния

Схемы с напряжениями одного знака называют одноименными, а с напряжениями разных знаков – разноименными. Условно растягивающие напряжения считают положительными, а сжимающие – отрицательными.

В реальных процессах обработки давлением в большинстве случаев встречаются схемы всестороннего сжатия и состояния с одним растягивающим и двумя сжимающими напряжениями.

При прокатке, прессовании, ковке и объемной штамповке напряженное состояние металла характеризуется схемой всестороннего сжатия О₁. При этом во всех случаях главное напряжение сжатия – максимальное, так как создается давлением инструмента на металл. Напряжения и меньше , так как создаются либо подпирающими силами трения, препятствующими течению металла в соответствующем направлении, либо боковыми стенками инструмента (калибра, штампа). Наибольшее течение металла происходит в направлении той оси, где действует минимальное напряжение (чаще всего ).

При волочении напряженное состояние характеризуется схемой О₂: по оси прутка действует напряжение растяжения, по двум другим осям – напряжения сжатия, возникающие из-за давления волоки.

При листовой штамповке отдельные участки изделия характеризуются различными схемами напряженного состояния.

Схема деформированного состояния графически отображает наличие и направление деформации по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

Возможны три схемы деформированного состояния (рисунок 9).

Рисунок 9 – Схемы деформированного состояния

При схеме D₁ уменьшаются размеры тела по высоте, за счет этого увеличиваются два других размера (ковка, прокатка).

При схеме D₂ происходит уменьшение одного размера, чаще высоты, другой размер (длина) увеличивается, а третий (ширина) не изменяется. Например, прокатка широкого листа, когда его ширина в процессе прокатки практически не изменяется. Это схема плоской деформации.

Наиболее рациональной с точки зрения производительности процесса обработки давлением является схема D₃ размеры тела уменьшаются по двум направлениям, и увеличивается третий размер (прессование, волочение).

Совокупность схем главных напряжений и главных деформаций характеризуют пластичность металла. Напряженное состояние при прессовании металла характеризуется такой же схемой напряженного состояния, как при ковке, а схема главных деформаций характеризуется двумя деформациями сжатия и одной – растяжения. При ковке и штамповке растягивающие напряжения играют большую роль, поэтому пластичность металла меньше.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Схемы напряженного и деформированного состояний

Схемы напряженного состояния графически отображают наличие и направление главных напряжений в рассматриваемой точке тела.

Напряжения в точке изображаются как напряжения на трех бесконечно малых гранях куба, соответственно перпендикулярных главным осям.

Возможны девять схем напряженного состояния , (Рисунок 9). Напряженное состояние в точке может быть линейным, плоским или объемным. Схемы с напряжениями одного знака называют одноименными, а с напряжениями разных знаков – разноименными. Условно растягивающие напряжения считают положительными, сжимающие – отрицательными.

Рисунок 9 - Схемы напряженных состояний: 1 – линейное напряженное состояние; 2 – плоское; 3 – объемное

Схема напряженного состояния оказывает влияние на пластичность металла. На значение главных напряжений оказывают существенное влияние силы трения, возникающие в месте контакта заготовки с инструментом, и форма инструмента. В условиях всестороннего неравномерного сжатия при прессовании, ковке, штамповке сжимающие напряжения препятствуют нарушению межкристаллических связей, способствуют развитию внутрикристаллических сдвигов, что благоприятно сказывается на процессах обработки металлов давлением. В реальных процессах обработки давлением в большинстве случаев встречаются схемы всестороннего сжатия и состояния с одним растягивающим и двумя сжимающими напряжениями.

Схема деформированного состояния графически отображает наличие и направление деформации по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Возможны три схемы деформированного состояния, Рисунок 10.

При схеме уменьшаются размеры тела по высоте, за счет этого увеличиваются два других размера, при осадке и прокатке.

При схеме происходит уменьшение одного размера, чаще высоты, другой размер (длина) увеличивается, а третий (ширина) не изменяется.

Рисунок 10 - Схемы деформированных состояний

Например, прокатка широкого листа, когда его ширина в процессе прокатки практически не изменяется. Это схема плоской деформации.

Наиболее рациональной с точки зрения производительности процесса обработки давлением является схема , размеры тела уменьшаются по двум направлениям, и увеличивается третий размер (при прессовании, волочении).

На Рисунке 11 показано различие двух схем деформации образца (отожженная медь), на опыте проведенным С.И. Губкиным.

Образец заложили в матрицу, и к нижнему концу приложили усилие, начался процесс волочения. При достижении высоты образца в матрице, равным , усилие волочения в этот момент по прибору равнялось . Опыт остановили, и в место растягивающего усилия приложили сжимающие усилие, для этого сверху матрицы поместили пуансон и приложили к нему нагрузку с верху. Опыт продолжался, но уже методом прессования. Требуемая нагрузка, для того, что бы металл начал течь, оказалась равной . Нагрузка при прессовании оказалась в три раза больше чем при волочении.

В этих двух случаях на образец в матрице действовали три взаимно перпендикулярных главных напряжения, только в первом случае, при волочении, одно из напряжений, , было растягивающим, а во втором случае сжимающим. Отсюда можно сделать вывод о том, что повышение приложения нагрузки, при деформировании, произошло исключительно из за разных схем напряженного состояния металла в рабочем пространстве. В обоих случаях механические свойства металла были неизменными, но сопротивление деформации было разным.

Отсюда делаем вывод о том, что сопротивление деформации и пластичность металла это не свойство, как например текучесть, а состояние. Сопротивление деформации и пластичность металла зависят не только от природы металла но и от способа его деформирования, а так же от температуры и скорости деформации.

Рисунок 11- Влияние схем напряжений в металле и его сопротивление деформации

Возможны девять схем напряженного состояния, Рисунок 9. Напряженное состояние в точке может быть линейным, плоским или объемным.

Схемы напряженных состояний: 1 – линейное напряженное состояние; 2 – плоское; 3 – объемное

Схемы деформированных состояний

Схемы с напряжениями одного знака называют одноименными, а с напряжениями разных знаков – разноименными. Условно растягивающие напряжения считают положительными, с сжимающие – отрицательными.

При схеме происходит уменьшение одного размера, чаще высоты, другой размер (длина) увеличивается, а третий (ширина) не изменяется. Например, прокатка широкого листа, когда его ширина в процессе прокатки практически не изменяется. Это схема плоской деформации.

На, Рисунок 11, показано различие двух схем деформации образца (отожженная медь), на опыте проведенным С.И. Губкиным.

Образец заложили в матрицу, и к нижнему концу приложили усилие, начался процесс волочения. При достижении высоты образца в матрице, равным , усилие волочения в этот момент по прибору равнялось. Опыт остановили, и в место растягивающего усилия приложили сжимающие усилие, для этого сверху матрицы поместили пуансон и приложили к нему нагрузку с верху. Опыт продолжался, но уже методом прессования. Требуемая нагрузка, для того, что бы металл начал течь, оказалась равной. Нагрузка при прессовании оказалась в три раза больше чем при волочении.

Влияние схем напряжения на металл и его сопротивлению деформации

Возможны девять схем напряженного состояния (рис. 9.1.а). Напряженное состояние в точке может быть линейным, плоским или объемным.

Рис. 9.1. Схемы напряженного (а) и деформированного (б) состояний:

I – линейное напряженное состояние; II – плоское; III – объемное

Возможны три схемы деформированного состояния (рис. 9.1.б).

При схеме Д _Iуменьшаются размеры тела по высоте, за счет этого увеличиваются два других размера (осадка, прокатка).

При схеме Д _IIпроисходит уменьшение одного размера, чаще высоты, другой размер (длина) увеличивается, а третий (ширина) не изменяется. Например, прокатка широкого листа, когда его ширина в процессе прокатки практически не изменяется. Это схема плоской деформации.

Наиболее рациональной с точки зрения производительности процесса обработки давлением является схема Д _III: размеры тела уменьшаются по двум направлениям, и увеличивается третий размер (прессование, волочение).

Закономерности обработки давлением. Характеристики деформаций

Процессам обработки металлов давлением присущи определенные закономерности.

Закон постоянства объема. Пластическая деформация практически не влияет на плотность металла, поэтому действует закон постоянства объема: объем тела при его пластической деформации остается неизменным:

Закон применяется для расчетов объема и размеров исходной заготовки, необходимой для получения поковки с заданными размерами, а также переходов и изменения размеров заготовки в процессе деформирования.

Закон подобия. При осуществлении в одинаковых условиях одних и тех же процессов пластического деформирования геометрически подобных тел из одинакового материала отношение усилий деформирования равно квадрату, а отношение затраченных работ – кубу отношений соответствующих линейных размеров. Этот закон, основанный на принципе моделирования, используется для приближенного определения усилий деформирования и затрачиваемой работы.

Закон наименьшего сопротивления. В случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях, каждая точка перемещается в направлении наименьшего сопротивления.

Закон позволяет учесть предпочтительное направление течения металла, определить, какая часть полости штампа заполнится быстрее, какие размеры и форму будет иметь поперечное сечение заготовки в результате ее обработки давлением.

По этому закону, при наличии трения на контактной поверхности, заготовка прямоугольного сечения при осадке будет приобретать округлую форму, имеющую наименьший периметр при данной площади.

В этом случае направлением наименьшего сопротивления является кратчайшая нормаль к периметру сечения.

Деформацию принято оценивать следующими величинами.

1. Абсолютные деформации:

2. Относительные деформации:

– относительное обжатие или относительная высотная деформация;

– относительное уширение или относительная поперечная деформация;

– относительное удлинение или относительная продольная деформация.

3. Коэффициент, определяющий изменение длины обрабатываемого изделия – вытяжкойиликоэффициентом вытяжки.

Согласно закону постоянства объема – площадь поперечного сечения до деформации,

Скорость деформации – изменение относительной деформации в единицу времени:

где: – время.

Скорость деформации следует отличать от скорости движения деформирующего инструмента и скорости течения металла при деформации. Диапазон скоростей деформации составляет 10 –1 … 10 3 , с –1 .

INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image001.gif" \* MERGEFORMAT

При схеме Д _I уменьшаются размеры тела по высоте, за счет этого увеличиваются два других размера (осадка, прокатка).

При схеме Д _II происходит уменьшение одного размера, чаще высоты, другой размер (длина) увеличивается, а третий (ширина) не изменяется. Например, прокатка широкого листа, когда его ширина в процессе прокатки практически не изменяется. Это схема плоской деформации.

INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image002.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image003.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image004.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image005.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image006.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image007.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image008.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image009.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image010.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image011.gif" \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image012.gif" \* MERGEFORMAT – относительное обжатие или относительная высотная деформация;

INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image014.gif" \* MERGEFORMAT – относительное уширение или относительная поперечная деформация;

INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image016.gif" \* MERGEFORMAT – относительное удлинение или относительная продольная деформация.

3. Коэффициент, определяющий изменение длины обрабатываемого изделия – INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image018.gif" \* MERGEFORMAT вытяжкой или коэффициентом вытяжки.

Согласно закону постоянства объема INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image019.gif" \* MERGEFORMAT – площадь поперечного сечения до деформации, INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image021.gif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image022.gif" \* MERGEFORMAT

где: INCLUDEPICTURE "../AppData/Local/Temp/л9.files/9.files/image023.gif" \* MERGEFORMAT – время.

Читайте также: