Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии
Проанализированы экспериментальные данные об особенностях деформирования, повреждаемости
 и прочности ковкого чугуна, полученные при испытаниях трубчатых образцов в
 условиях простого нагружения осевой силой и внутренним давлением. Показано, что "деградация”
 структуры м...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2005 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2005
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47775 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном
 напряженном состоянии / В.П. Ламашевский, И.В. Маковецкий // Проблемы прочности. — 2005. — № 5. — С. 71-83. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860264468286537728 |
|---|---|
| author | Ламашевский, В.П. Маковецкий, И.В. |
| author_facet | Ламашевский, В.П. Маковецкий, И.В. |
| citation_txt | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном
 напряженном состоянии / В.П. Ламашевский, И.В. Маковецкий // Проблемы прочности. — 2005. — № 5. — С. 71-83. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Проанализированы экспериментальные данные об особенностях деформирования, повреждаемости
и прочности ковкого чугуна, полученные при испытаниях трубчатых образцов в
условиях простого нагружения осевой силой и внутренним давлением. Показано, что "деградация”
структуры материала зависит от параметров напряженного состояния. Установлены
соответствующие критерии для описания предельных состояний текучести и разрушения.
Проаналізовано експериментальні дані щодо особливостей деформування,
пошкоджуваності і руйнування ковкого чавуну, що отримані при випробуваннях
трубчатих зразків в умовах простого навантаження осьовою силою
та внутрішнім тиском. Показано, що “деградація” структури чавуну в процесі
навантаження залежить від параметрів напруженого стану. Установлено
відповідні критерії для опису граничних станів текучості та міцності.
We analyzed experimental data on deformation,
damage accumulation and strength behavior of
malleable cast iron, which were obtained during
testing of tubular specimens under conditions
of simple loading by axial load and inner
pressure. It is shown that material structure
“degradation” depends on the stress state parameters.
For description of critical yielding and
fracture states the respective criteria are identified.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:59:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.4:620.172.2/179.119
Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном
напряженном состоянии
В. П. Ламашевский, И. В. Маковецкий
Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
Проанализированы экспериментальные данные об особенностях деформирования, повреж
даемости и прочности ковкого чугуна, полученные при испытаниях трубчатых образцов в
условиях простого нагружения осевой силой и внутренним давлением. Показано, что "дегра
дация” структуры материала зависит от параметров напряженного состояния. Установ
лены соответствующие критерии для описания предельных состояний текучести и раз
рушения.
Ключевые слова: ковкий чугун, сфероидизация, сложное напряженное состоя
ние, предельное состояние, текучесть, разрушение, коэффициент попереч
ной деформации, повреждаемость, разрыхление, рассеяние характеристик,
твердость, коэффициент вариации, коэффициент гомогенности по Вейбуллу.
В последнее время для изготовления несущих элементов конструкций
во многих областях машиностроения широко применяют чугуны с графи
товыми включениями специальной формы, в частности ковкие, в которых
свободный графит находится в хлопьевидном виде. Применение этих мате
риалов обусловлено уникальным сочетанием физико-механических и техно
логических свойств, которые часто выше таковых других металлических
материалов, включая конструкционные стали [1 , 2 и др.].
Механические свойства чугунов зависят от ряда факторов: структуры
металлической основы; формы и размеров включений свободного графита;
химсостава и типа модифицирующих добавок, влияющих на формирование
включений графита, которые по форме и размерам могут регулироваться в
широких пределах путем вариации технологии получения металла; вида и
режимов термообработки.
Деформирование чугунов при механическом нагружении, как известно
[3-5], на микро- и макроуровнях из-за включений графита сопровождается
трещинообразованием (разрыхление структуры), интенсивность протекания
которого главным образом зависит от размеров и формы графитовых вклю
чений. Процесс трещинообразования не может не повлиять на работоспо
собность данных материалов в конструкции.
На основании результатов многочисленных экспериментальных иссле
дований [1 , 2 , 6 и др.] предложен ряд зависимостей, позволяющих в той или
иной мере описывать характер поведения чугунов со специальной формой
включений графита в условиях одноосного нагружения. К сожалению, из-за
отсутствия обширных экспериментальных данных прогнозирование пове
дения чугунов при работе в условиях сложного напряженного состояния
крайне затруднительно. Поэтому многие вопросы механического поведения
такого класса материалов применительно к условиям работы реальных
конструктивных элементов остаются практически малоизученными.
© В. П. ЛАМАШЕВСКИЙ, И. В. МАКОВЕЦКИЙ, 2005
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 71
В. П. Ламашевский, И. В. Маковецкий
Ниже рассматриваются результаты экспериментального исследования
закономерностей поведения ковкого чугуна при механическом нагружении в
условиях сложного напряженного состояния.
Ковкий чугун получали путем длительного отжига в присутствии
никеля ранее отлитых заготовок доэвтектического белого чугуна диаметром
30 мм и длиной 200 мм следующего химического состава, %: 2,50 С; 1,25 Б1;
0,30 Мп; Р, Б, Сг, Т < 0,06 каждого; остальное - Бе. После термообработки
получили ферритный ковкий чугун со структурой, состоящей из метал
лической ферритной матрицы (95...97% площади) с зернами феррита раз
мером порядка 0 ,0 1 2 мм и графитовых включений хлопьевидной формы с
линейным размером около 0,0045 мм, которые распределены по полю фер-
ритных зерен (рис. 1).
Рис. 1. М икроструктура ковкого чугуна (Х100).
Поскольку одним из основных факторов, определяющих сопротивление
деформированию и уровень механических характеристик чугунов, является
форма включений графита, для исследуемого чугуна определяли степень
сфероидизации (в %) графита, которая оценивалась как отношение суммар
ного количества графита правильной формы к таковому всего выделив
шегося графита [7]. В соответствии с зависимостью, описывающей связь
предела прочности о в (МПа) и твердости НВ (МПа) с количеством эвтек
тического графита в чугуне, определяли расчетный коэффициент формы
графитовых включений К а [7]:
1
К а = — а в
{ о в ̂
1 — в
У 3,5 НВ!
Здесь О - количество эвтектического графита, зависящее от химического
состава сплава,
Р
О = Сэвт - 2,1 = С + - + ^ - 2,1,
где С, Б], Р - содержание (в %) в чугуне углерода, кремния и фосфора
соответственно.
72 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5
Деформирование и прочность ковкого чугуна
С целью определения коэффициента формы графитовых включений К а
в исследуемом чугуне в соответствии с ГОСТ 1497-84 для испытаний на
растяжение из отлитых и термообработанных чугунных заготовок изготов
ляли пятикратные цилиндрические образцы диаметром 8 мм. При испы
тании этих образцов на универсальной машине “ВаЫут-30” получены
следующие усредненные значения (по данным пяти испытаний) механи
ческих характеристик: а в = 327 МПа; д 5 =11,8%. Твердость металла в
исходном состоянии НВ = 118 МПа.
Согласно полученным результатам, расчетный коэффициент сфероиди-
зации К а для хлопьевидного графита в ковком чугуне составлял 0,28, тогда
как для пластинчатых графитов в серых чугунах К а = 0,32...0,38, для вер-
микулярных графитов в чугуне К а = 0,18...0,23, для шарообразных гра
фитов в высокопрочных чугунах К а = 0,02...0,07. Таким образом, хлопье
видный графит в исследуемом чугуне по степени сфероидизации находится
между пластинчатыми и вермикулярными графитами в серых чугунах.
Закономерности деформирования, повреждаемости и разрушения ков
кого чугуна в условиях напряженного состояния исследовали на трубчатых
образцах, одновременно нагружаемых осевой (растягивающая или сжима
ющая) силой и внутренним давлением на установке типа СНТ [8 ], что
позволяло в процессе испытаний записывать диаграммы деформирования в
координатах N — Д/ и Р — ДО, где N и Р - осевая сила и внутреннее
давление в образце; Д/ и ДО - изменения баз измерения деформаций,
контролируемые с помощью специального электромеханического тензометра
[9].
Форма и размеры трубчатого образца для испытаний выбирались с
учетом размеров отлитых заготовок, требований однородности напряжен
ного состояния рабочей части, конструктивных особенностей испытатель
ного оборудования и измерительных средств, а также, что существенно,
специфики структурного строения материала. Геометрия образца для испы
таний показана на рис. 2 .
110
5 к т '
см Д - см К]
& ^
Л 5 \В_8 С
Еі
1 щ 5
294----------► 29•4---—--- »
Рис. 2. Трубчатый образец для испытаний.
После изготовления образцы тщательно обмеряли: наружный диаметр
- в трех равномерно расположенных вдоль рабочей длины образца сечениях
по двум взаимно перпендикулярным направлениям микрометром; внутрен
ний диаметр - в тех же местах с помощью индикаторного нутромера. Кроме
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, N2 5 73
В. П. Ламашевский, И. В. Маковецкий
того, на специальной стойке [4], содержащей оправку с шариковыми
опорами и индикатор, проверяли разностенность образцов. Образцы с гео
метрией, выходящей за пределы нормативных требований, выбраковывали.
Для контроля остаточных деформаций образцов после разрушения на
их рабочей части с двух диаметрально противоположных сторон штанген-
рейсмусом с шагом 5 мм в продольном и тангенциальном направлениях
наносили реперные линии, расстояние между которыми до и после испы
таний измеряли с помощью инструментального микроскопа с ценой деления
5 мкм.
Испытательное оборудование позволяло записывать диаграммы дефор
мирования в координатах N — Д/ и Р — ДО.
Одновременное нагружение трубчатого образца пропорционально изме
няющимися осевой силой и внутренним давлением (N — Р-опыты) [8 ] по
зволяло реализовать в его рабочей части широкий спектр соотношений
главных напряжений в диапазоне °°< К = о 2/ о в > — >̂, причем в такого
рода опытах направления главных напряжений всегда совпадают с осевым и
тангенциальным направлениями трубчатого образца в цилиндрической сис
теме координат. Методика проведения испытаний позволяла исследовать
область развитых пластических деформаций вплоть до момента разрушения
образца. Скорость нагружения образцов, величина которой составляла при
мерно dо i /d t = 2 МПа/мин, поддерживалась постоянной.
Для получения достоверной информации опыты неоднократно повто
ряли (испытывали три-четыре образца при каждом соотношении напря
жений), их результаты усредняли.
На рис. 3 в качестве примера приведены исходные кривые деформи
рования ковкого чугуна, полученные при разных соотношениях напряжений
К , в табл. 1 - механические характеристики металла в условиях сложного
напряженного состояния.
Т а б л и ц а 1
Механические характеристики ковкого чугуна,
полученные при испытаниях трубчатых образцов
0 7к = —
0 в
7
0 02,
М П а М П а
о в,
М П а
о в ,
М П а
4 , % ев , %
ОС 220,0 - 325,0 - 7,80 -2 ,7 8
2 235,0 116,5 333,4 166,7 4,33 0,29
1 224,0 220,0 295,0 295,0 3,78 2,27
0,5 115,0 230,0 172,0 343,8 0,12 2,31
0 0 219,0 - 320,0 —1,88 4,1
-1 —140,0 140,0 —221* 218* —7,06* 4,76*
— О —242,0 - — 412* - —6,39* 3,19*
Примечание. Звездочкой отмечены значения, соответствующие потере устойчивости образца.
74 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5
Деформирование и прочность ковкого чугуна
о^МПа
а_,ов,МПа ог,о9,МПа
а г, М П а
о г,О 0,М П а
а
Рис. 3. К ривы е деформ ирования ковкого чугуна при слож ном напряж енном состоянии: а -
К = а г / а в =а>; б - К = 0,5; в - К = 1; г - К = - « ; д - К = -1 .
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 75
В. П. Ламашевский, И. В. Маковецкий
Анализ приведенных данных показал, что независимо от соотношения
главных напряжений связь между напряжениями и деформациями на на
чальном этапе деформирования линейная, однако обращает на себя внима
ние различие в сопротивлении упругому деформированию при растяжении и
сжатии чугуна. Модуль упругости при растяжении Е р = 1,65-105 МПа, при
сжатии Е с = 1,78-105 МПа, т.е. на 7,9% выше.
Кривые растяжения в осевом и тангенциальном направлении совпа
дают, что свидетельствует об изотропии механических свойств чугуна, одна
ко уровень конечных деформаций при разрушении образца разный: в осевом
направлении £2 = 7,8%, в тангенциальном направлении £д = 4,1%. Разли
чие между этими значениями составляет 47%, что, очевидно, связано, соглас
но [4], с влиянием формы образца.
Несимметричность кривых о 2 2 и Од — £д при чистом сдвиге дает
основание рассматривать ковкий чугун как среду, элементы которой при
пластическом деформировании в условиях сложного напряженного состоя
ния имеют разные модули упрочнения при растяжении и сжатии. Для
подтверждения этого предположения на рис. 4 построены зависимости
секущего модуля Е' при растяжении и сжатии от уровня действующего
напряжения. Видно, что с увеличением уровня последнего качественного
различия в характере изменения секущего модуля не наблюдается, однако
при одинаковых уровнях напряжений его абсолютное значение при сжатии
больше, чем при растяжении. Кроме того, при деформировании растяже
нием значение секущего модуля начинает резко уменьшаться при напряже
ниях, несколько меньших, чем при деформировании сжатием.
_ Ё 1-1СГ5, МПа
1,6
1,2
О,В
0,4
О 40 80 120 160 200 240 280 320 сг, М Ш
Рис. 4. Зависимость секущ его модуля от уровня напряж ений при одноосны х растяж ении (1) и
сж атии (2).
Следует также отметить, что при испытаниях на одноосное сжатие
(К = —ж) и чистый сдвиг (К = — 1) трубчатые образцы при развитых упруго-
76 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, N 5
"Ч
Деформирование и прочность ковкого чугуна
пластических деформациях теряли устойчивость, поэтому далее результаты
испытаний при этих видах нагружения рассматриваются только до момента
потери устойчивости образца.
Для поликристаллических материалов, особенно структурно-неоднород
ных, к которым можно отнести и исследуемый чугун, принципиальной
особенностью упругопластического формоизменения является неоднород
ность протекания деформации в локальных объемах. Как показывают много
численные опыты, в процессе деформирования плотность однородных мате
риалов изменяется незначительно (на десятые или даже сотые доли про
цента) и лишь при существенно развитых деформациях достигает величин,
близких к процентам, что объясняется появлением в объеме деформиру
емого металла большого количества микротрещин. Деформирование струк
турно-неоднородных материалов уже на начальном этапе из-за значительной
концентрации напряжений около дефектов сопровождается интенсивным
трещинообразованием. Причем микронеоднородный характер деформиро
вания предопределяет возможность достижения предельного напряженно-
деформированного состояния в отдельных микрообъемах, когда материал в
целом обладает достаточными запасами прочности и пластичности. В ре
зультате за нарушение сплошности отвечают те микрообъемы металла, в
которых деформации максимальны.
Известно, что величина соотношения работ, затрачиваемых на объем
ную деформацию и формоизменение материала, изменяется в процессе
деформирования в соответствии с вариацией коэффициента поперечной
деформации, который в этом случае может служить характеристикой дефор
мационной способности материала. На рис. 5 приведены диаграммы растя
жения и сжатия ковкого чугуна. Там же показаны зависимости коэффи
циента поперечной деформации от степени деформации при этих видах
нагружения. Отметим, что при растяжении рассматривается весь диапазон
деформирования (0 < £ р < £ р), при сжатии - до момента потери устойчи
вости трубчатого образца (0<£ с < £ уст). Видно, что в случае растяжения
(а 0 > 0 ) коэффициент поперечной деформации при переходе от упругого
деформирования к упругопластическому увеличивается от значения коэф
фициента Пуассона /л'р = 0,275 до ц = 0,48 при уровнях деформации £ 2 =
= 3,5...4,0%, затем по мере повышения степени деформации до момента
разрушения его значение уменьшается до ц = 0,385, что соответствует мо
менту разрушения образца (£р = 7,8%). При одноосном сжатии во всем
диапазоне упругопластического деформирования (вплоть до момента потери
устойчивости образца, £уст = 6,5%) наблюдается увеличение коэффициента
Л , причем его значение при деформации порядка 2% выше 0,5, что соответ
ствует постоянству объема материала при деформировании.
Из приведенных на рис. 5 данных также следует, что по мере роста
упругопластических деформаций ковкого чугуна коэффициент поперечной
деформации при растяжении несколько снижается, при сжатии - он выше
значения 0,5, что свидетельствует об изменении деформируемого объема.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 77
В. П. Ламашевский, И. В. Маковецкий
ш ТЬТПа
О 1 2 3 4 5 6 7 £ ; ,%
Рис. 5. К ривы е деформ ирования ковкого чугуна при растяж ении (1) и сж атии (2) и зависи
мости коэф ф ициента поперечной деформ ации от степени деформ ации при растяж ении (1') и
сж атии (2*).
В работе [10] на основании физически непротиворечивого предполо
жения о росте пор и микротрещин в материале показано, что уровень
деформаций разрыхления при растяжении определяется выражением
£ р = (1 - 2ц )£,
где £ и ц - текущие значения деформации растяжения и коэффициента
поперечной деформации соответственно.
Рис. 6 иллюстрирует построенную в соответствии с этой формулой
зависимость деформации разрыхления ковкого чугуна от степени дефор
мации при растяжении. Видно, что с повышением степени деформации
интенсивность роста деформаций разрыхления увеличивается, по дости
жении определенного уровня деформаций (для данного чугуна порядка
7,6%) развившиеся микротрещины перерастают в макротрещину (интенсив
ность роста кривой 1 существенно возрастает).
Рис. 6. Зависимость деформ ации разры хления чугуна от степени деформ ации при растя
ж ении (1) и сж атии (2).
78 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5
Деформирование и прочность ковкого чугуна
Несмотря на некоторую противоречивость применения данной феноме
нологической модели для определения деформаций разрыхления в чугуне
при сжатии на рис. 6 приведена также зависимость £р = <р(£), из которой
следует, что для начала развития микротрещин в металле необходим опре
деленный инкубационный период. На начальной стадии упругопластичес
кого деформирования происходит уплотнение материала, связанное с закры
тием микродефектов, благоприятно ориентированных по отношению к полю
действующих напряжений. По достижении определенного уровня пласти
ческого деформирования (£ с = 2 %) в локальных объемах наступает состоя
ние предельного равновесия и вступает в действие механизм раскрытия
микротрещин, благоприятно ориентированных по отношению к силам меж-
частичного сцепления.
Приведенные на рис. 6 данные свидетельствуют о зависимости интен
сивности развития процессов разрыхления исследуемого материала от ориен
тации шарового тензора напряжений. Кривая 2, характеризующая процесс
разрыхления ковкого чугуна при сжатии, расположена значительно ниже
аналогичной кривой для растяжения 1 , хотя при развитых пластических
деформациях указанные зависимости качественно подобны.
Интенсивность процессов зарождения, роста и коагуляции микротре
щин и пор, происходящих на субмикро-, микро- и макроуровнях в материале
зависит от ориентированности распределения полей микронапряжений,
возникающих в зонах их концентрации под действием внешних нагрузок.
Таким образом, можно констатировать, что в процессе деформирования
структура ковкого чугуна повреждается, что, естественно, влияет на его
механические свойства.
В последнее время для оценки поврежденности материала в процессе
наработки используется метод “ЬМ-твердости” [11], в котором поврежден-
ность оценивается по параметрам рассеяния характеристик твердости мате
риала на разных стадиях деформирования. В этой связи интересно про
следить за влиянием параметров напряженного состояния на величины
коэффициентов гомогенности по Вейбуллу т и вариации V. С этой целью в
зонах разрушения образцов, испытанных при разных соотношениях главных
напряжений К ' = а д/а 2, на шлифах в 25-30 местах измеряли твердость. По
результатам измерений определяли характеристики рассеяния полученных
значений твердости: параметры т и V. Соответствующие данные о харак
тере деформирования образцов, данные о средних значениях твердости по
результатам измерений, а также полученные соответствующие коэффици
енты приведены в табл. 2 .
На рис. 7 и 8 дана графическая интерпретация результатов табл. 2.
Видно, что характеристики твердости материала зависят от предыстории его
нагружения. Сопоставляя твердость чугуна, испытанного при разных соотно
шениях главных напряжений, с твердостью в исходном состоянии, отметим,
что в зависимости от этого соотношения значения твердости как повы
шались, так и понижались. Например, твердость металла, испытанного при
К ' = а в /а 2 = — 1, что соответствует кручению, по сравнению с твердостью
металла в исходном состоянии возросла, что, очевидно, связано с упроч
нением зерен феррита при пластическом деформировании и отсутствием
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 79
В. П. Ламашевский, И. В. Маковецкий
процесса трещпнообразованпя при о окт = 0. Твердость металла после испы
таний при других соотношениях главных напряжений ниже таковой металла
в исходном состоянии, что, по-видимому, обусловлено более интенсивным
развитием деформаций разрыхления при положительном значении шарового
тензора напряжений. Твердость чугуна, испытанного в условиях равномер
ного двухосного растяжения, снизилась на 1 0% по сравнению с твердостью
чугуна в исходном состоянии.
Т а б л и ц а 2
Значения механических характеристик и коэффициентов т и V
ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии
II а
я
о к2 , М П а 4 , % єк2 ,% о окт, М П а г окт, М П а
- 1 221* 218* 7,10* -4 ,7 6 * 0* 179,6*
0 - 325 -2 ,7 8 7,80 108,3 153,2
1 295 295 2,95 3,78 196,7 139,1
2 344 172 2,31 0,12 172,0 140,4
— - - - - - -
0 окт / ̂ окт є і ,% Н В , М П а т V
- 1 0* 7,42* 122,0* 20,1 5,52*
0 0,71 6,48 112,0 11,6 10,20
1 1,41 5,92 110,8 21,1 5,28
2 1,22 2,60 114,3 26,7 4,17
- - - 118,0** **5,2 4 ,43**
П р и м еч ан и е . О дной звездочкой отмечены значения в момент потери устойчивости трубча
того образца, двумя звездочкам и - значения для м еталла в исходном (недеформированном)
состоянии.
Рис. 7. Гистограммы средних значений твердости НВ, коэф ф ициента гомогенности по
В ейбуллу т и коэф ф ициента вариации V ковкого чугуна в исходном состоянии и после
испы таний в условиях плоского напряж енного состояния: 1 - исходное состояние; 2 -
К = а 2 / а в =а>; 3 - К = 0; 4 - К = 1; 5 - К = 2.
Анализ приведенных на рис. 8 данных показал, что коэффициент гомо
генности материала по Вейбуллу и коэффициент вариации являются более
чувствительными показателями изменения структуры ковкого чугуна при
80 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5
Деформирование и прочность ковкого чугуна
деформации в условиях плоского напряженного состояния по сравнению с
твердостью. Обращает на себя внимание влияние знака шарового тензора
напряжений на характер зависимости этих показателей от параметров вида
напряженного состояния. К сожалению, из-за различного уровня интенсив
ностей пластических деформаций в местах измерения твердости (зона раз
рушения или потери устойчивости) образцов, испытанных при различных
соотношениях главных напряжений, полученные данные не позволяют про
следить в “чистом” виде за влиянием параметров напряженно-деформиро
ванного состояния на кинетику изменения структуры чугуна.
Рис. 8. Зависимость твердости Н В (1), коэф ф ициента гомогенности по В ейбуллу т (2) и
коэф ф ициента вариации V (3) от параметров напряж енного состояния: а - К ' = о в / о 2 ; б -
Оокт I ^ окт-
а
Известно, что в соответствии с нормативной документацией влияние
сложного напряженного состояния на работоспособность конструкционного
материала оценивается по уровню эквивалентных напряжений, сопостав
ляемых с величиной допускаемого для материала напряжения, уровень
которого устанавливается путем испытания стандартных образцов при одно
осном растяжении. Эквивалентные напряжения рассчитываются с приме
нением обоснованной гипотезы наступления предельного состояния (теку
чести или разрушения) конкретного материала.
На рис. 9 в плоскости главных напряжений о 2 — о в приведены пре
дельные диаграммы наступления текучести и разрушения ковкого чугуна,
построенные в соответствии со следующими гипотезами наступления пре
дельных состояний [4]: условие Мизеса:
ОI ~ Ордн ; О)
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5 81
В. П. Ламашевский, И. В. Маковецкий
условие Кулона-Мора:
(2 )
условия Писаренко-Лебедева в виде
Xа і + ( 1 - Х )а і = а 0дН (3)
и
Xа і + (1 - Х)а і^ 1 J = а рдН. (4)
Там же темными и светлыми точками нанесены экспериментальные зна
чения соответственно пределов текучести и пределов прочности, получен
ные при испытаниях ковкового чугуна при различных соотношениях
Рис. 9. П редельны е диаграм м ы текучести (1 -3 ) и прочности (2 '-4 ) ковкого чугуна при
плоском напряж енном состоянии: 1 - условие М изеса; 2, 2' - условие К улона-М ора; 3, 3' -
условие П исаренко-Л ебедева (3); 4' - условие П исаренко-Л ебедева (4).
Сопоставление приведенных экспериментальных данных с таковыми,
полученными по известным критериям, описывающим наступление пре
дельного состояния материала в условиях плоского напряженного состоя
ния, показало, что предельное состояние текучести ковкового чугуна удовле-
К = а 2/ а в .
а 2, МПа
а в, МПа
/ у
-зев / / ■
/ X
/ Ґ
-300
82 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 5
Деформирование и прочность ковкого чугуна
творительно описывается критерием (3), состояние разрушения - крите
рием (4), учитывающим специфику поведения металла при механическом
нагружении, обусловленную структурной неоднородностью материала.
Р е з ю м е
Проаналізовано експериментальні дані щодо особливостей деформування,
пошкоджуваності і руйнування ковкого чавуну, що отримані при випробу
ваннях трубчатих зразків в умовах простого навантаження осьовою силою
та внутрішнім тиском. Показано, що “деградація” структури чавуну в про
цесі навантаження залежить від параметрів напруженого стану. Установлено
відповідні критерії для опису граничних станів текучості та міцності.
1. Пивоварский Е. Высококачественный чугун. - М.: Металлургия, 1965. -
Т. 1, 2. - 1184 с.
2. Шебатинов М. П., Абраменко Ю. Е., Бех Н. И. Высокопрочный чугун в
автомобилестроении. - М.: Машиностроение, 1988. - 136 с.
3. Леонов М. Я. Основы механики упругого тела. - Фрунзе: Изд-во АН
Киргиз. ССР, 1963. - Вып. 1. - 238 с.
4. Писаренко Г. С., Лебедев А. А. Деформирование и прочность мате
риалов при сложном напряженном состоянии. - Киев: Наук. думка,
1976. - 216 с.
5. Красовский А. Я., Калайда В. В. Прочность и трещиностойкость чугу-
нов с шаровидным графитом. - Киев: Наук. думка, 1989. - 136 с.
6 . Антонишин Ю. Т. Пластическая деформация чугуна. - Минск: Навука і
техніка, 1991. - 119 с.
7. Dinescu L., Craclunecu C., Constantine F., en itc. Caracteristical mecanict
le cald ale font cu crafit vermiculular // Metallurgic. - 1982. - 34, No. 6 . -
P. 316 - 326.
8 . Лебедев А. А., Ковальчук Б. И., Гигиняк Ф. Ф , Ламашевский В. П.
Механические свойства конструкционных материалов при сложном
напряженном состоянии. - Киев: Издательский Дом “Ин Юре”, 2003. -
540 с.
9. Ламашевский В. П., Маковецкий И. В., Волков Ю. Н. Методика механи
ческих испытаний конструкционных материалов при сложном напря
женном состоянии в условиях высоких температур // Пробл. прочности.
- 1987. - № 11. - С. 111 - 114.
10. Лебедев А. А., Чаусов Н. Г., Недосека С. А., Богинич И. О. Модель
накопления повреждений в металлических материалах при статическом
растяжении // Там же. - 1995. - № 7. - С. 31 - 40.
11. Патент України № 52107А. Спосіб оцінки деградації матеріалу внаслі
док накопичення пошкоджень в процесі напрацювання, “Метод LM-
твердості” / А. О. Лебедев, М. Р. Музика, Н. Л. Волчек. - Введено
15.01.2003, Бюл. № 1.
Поступила 20. 10. 2004
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 5 83
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47775 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:59:02Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ламашевский, В.П. Маковецкий, И.В. 2013-07-31T19:24:01Z 2013-07-31T19:24:01Z 2005 Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном
 напряженном состоянии / В.П. Ламашевский, И.В. Маковецкий // Проблемы прочности. — 2005. — № 5. — С. 71-83. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47775 539.4:620.172.2/179.119 Проанализированы экспериментальные данные об особенностях деформирования, повреждаемости
 и прочности ковкого чугуна, полученные при испытаниях трубчатых образцов в
 условиях простого нагружения осевой силой и внутренним давлением. Показано, что "деградация”
 структуры материала зависит от параметров напряженного состояния. Установлены
 соответствующие критерии для описания предельных состояний текучести и разрушения. Проаналізовано експериментальні дані щодо особливостей деформування,
 пошкоджуваності і руйнування ковкого чавуну, що отримані при випробуваннях
 трубчатих зразків в умовах простого навантаження осьовою силою
 та внутрішнім тиском. Показано, що “деградація” структури чавуну в процесі
 навантаження залежить від параметрів напруженого стану. Установлено
 відповідні критерії для опису граничних станів текучості та міцності. We analyzed experimental data on deformation,
 damage accumulation and strength behavior of
 malleable cast iron, which were obtained during
 testing of tubular specimens under conditions
 of simple loading by axial load and inner
 pressure. It is shown that material structure
 “degradation” depends on the stress state parameters.
 For description of critical yielding and
 fracture states the respective criteria are identified. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии Deformation and strength of malleable cast Iron under complex stress state condition Article published earlier |
| spellingShingle | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии Ламашевский, В.П. Маковецкий, И.В. Научно-технический раздел |
| title | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии |
| title_alt | Deformation and strength of malleable cast Iron under complex stress state condition |
| title_full | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии |
| title_fullStr | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии |
| title_full_unstemmed | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии |
| title_short | Деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии |
| title_sort | деформирование и прочность ковкого чугуна при сложном напряженном состоянии |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47775 |
| work_keys_str_mv | AT lamaševskiivp deformirovanieipročnostʹkovkogočugunaprisložnomnaprâžennomsostoânii AT makoveckiiiv deformirovanieipročnostʹkovkogočugunaprisložnomnaprâžennomsostoânii AT lamaševskiivp deformationandstrengthofmalleablecastironundercomplexstressstatecondition AT makoveckiiiv deformationandstrengthofmalleablecastironundercomplexstressstatecondition |