Отдельные литейные сплавы, и прежде всего серый чугун, имеют своеобразные свойства, которые в значительной степени влияют на конструкцию отливок. Поэтому прежде чем приступить к рассмотрению конструкций отливок, относящихся к различным классам, необходимо проанализировать эти свойства.
Характерные свойства серого чугуна обусловлены наличием графита как структурного элемента, который оказывает следующее действие: 1) снижает модуль упругости и меняет его зависимость от структуры чугуна и величины нагрузки, 2) снижает предел упругости, что связано с возникновением постоянной деформации уже при небольшой нагрузке, 3) снижает прочность при растяжении, 4) уменьшает чувствительность к надрезам на поверхности и в теле отливки, 5) увеличивает циклическую вязкость (способность поглощать колебания) по сравнению с материалом той же структуры основной массы, но без включений графита.
Большое влияние на выбор конфигурации отливки оказывает также характерная для литейных материалов неоднородность их структуры и неоднородность механических свойств в толстых и тонких сечениях, в верхних и нижних частях отливки. Кроме указанных свойств, на форму отливок, изготовленных из разных сплавов, влияют также усталостная прочность, прочность при динамических нагрузках, прочность при высоких и низких температурах и т. д.
Говоря о прочностных свойствах какого-либо конструкционного материала, следует помнить, что понятие это не обозначает простой признак материала, а охватывает совокупность его свойств выдерживать внешнюю нагрузку. Поскольку эффект нагрузки в общем зависит от слагаемых напряжений и от способа действия сил нагрузки, «прочность» какого-либо материала нельзя определить с помощью одной характеристики. На основании длительных опытов для многих материалов удалось определить связи между основными механическими свойствами.
Имея дело с такими материалами, можно на основании одной прочностной характеристики предусмотреть поведение материала при иных состояниях напряжения (подразумевается распространение прочностных характеристик при растяжении на иные виды напряженного состояния). Необходимо помнить, однако, что переносить эти эмпирические связи на материалы, которые до настоящего времени не исследованы, совершенно недопустимо. Так, например, для серого чугуна нельзя пользоваться формулами, применяемыми для стали.
Следующим вопросом является возможность использования выводов исследования прочности отдельных элементов конструкции. Два элемента одинаковой формы и при одинаковой нагрузке, но изготовленные из различных материалов, могут иметь значительную разницу в распределении напряжений, и, следовательно, различное состояние напряжений в опасных местах. Отсюда вытекает необходимость анализа материалов с точки зрения их способности противостоять максимальным напряжениям и выдерживать местные концентрации напряжения. Это относится также и к усталостной прочности.
Что же касается серого чугуна, то необходимо принимать во внимание, что криволинейная зависимость деформации от напряжения влияет на единообразие распределения напряжений, уменьшая при этом максимальные напряжения. Применение для чугуна формул, выведенных на основании закона Гука, ведет к существенным ошибкам. Так, например, высчитывая максимальное напряжение балок, подвергающихся изгибу, получают напряжения, которые в значительной степени превосходят действительные, причем отношение этих напряжений различно для различных форм сечения балки. Опубликовано: 2014.09.01 Обновлено: 2014.09.10 |
