Напряжения в экспериментах с нагружением трубчатых образцов внутренним давлением

Исследователи используют разные формулы для определения осевых и окружных напряжений в опытах с нагружением тонкостенных трубчатых образцов внутренним давлением, при этом радиальными напряжениями в силу их малости пренебрегают. В работе предложена новая методика определения напряжений в тонкостенных трубчатых образцах, находящихся под действием внутреннего давления. Исследовано распределение напряжений в радиальном направлении трубчатого образца в состоянии упругости, а также в идеально пластичном состоянии по критерию Губера – Мизеса несжимаемого материала. Показано, что степень неоднородности напряженного состояния зависит от отношения толщины стенки образца к его диаметру и от того, в каком состоянии — упругом или пластическом — находится его материал. В упругой стадии окружные напряжения максимальны на внутренней поверхности образца, а осевые напряжения вдоль радиуса образца постоянны. В пластической стадии окружные напряжения максимальны на наружной, а осевые напряжения — на внутренней поверхности образца. Распределение радиальных напряжений в упругой и пластической областях работы материала практически идентично, они максимальны на внутренней и равны нулю на наружной поверхностях образца. Величины окружных и осевых напряжений на срединной поверхности тонкостенного трубчатого образца, отнесенные к внутреннему давлению, практически не зависят от того, в каком состоянии — упругом или пластическом — находится материал образца. Это дает основание для определения механических свойств материала по напряженно-деформированному состоянию срединной поверхности образца с использованием для вычисления напряжений формулы Ламе. При определении интенсивности напряжений желательно учитывать радиальные напряжения, так как это повышает точность определения механических свойств материала и уменьшает размах выборки его предела текучести при разных видах напряженного состояния.

1. Тормахов Н. Н. Зависимость предела текучести титанового сплава ВТ14 от параметров вида напряженного состояния / Mech. Adv. Technol. 2018. ¹ 3. С. 91 – 97. DOI: 10.20535/2521-1943.2018.84.127194.

2. Wang X., Hu W., Huang S., Ding R. Experimental investigations on extruded 6063 aluminium alloy tubes under complex tension-compression stress states / Int. J. Solids Struct. 2019. Vol. 168. Aug. P. 123 – 137. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2019.03.022.

3. Штаюра С. Т. Вплив жорсткості напруженого стану за двовісного навантаження трубчастих зразків на характеристики міцності сталі 20 у водні / Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2015. Т. 51. № 2. С. 98 – 103.

4. Махутов Н. А. Роль механических испытаний в обосновании прочности, ресурса и безопасности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 9. С. 56 – 63.

5. Талыпов Г. Б. Пластичность и прочность стали при сложном нагружении. — Л.: Изд-во Ленингр. университета, 1968. — 135 с.

6. Гігіняк Ф. Ф., Лебедєв А. О., Шкодзінський О. К. Міцність конструкційних матеріалів при малоцикловому навантаженні за умов складного напруженного стану. — Киев: Наукова думка, 2003. — 270 с.

7. Каминский А. А., Бастун В. Н. Деформационное упрочнение и разрушение металлов при переменных процессах нагружения. — Киев: Наукова думка, 1985. — 168 с.

8. Dietrich L., Socha G. Accumulation of damage in a 336gr5 structural steel subject to complex stress loading / Strain. 2012. Vol. 48. Issue 4. Aug. P. 279 – 285. DOI: 10.1111/j.1475-1305.2011.00821.x.

9. Тормахов Н. Н. Методика испытания трубчатых образцов при повышенной температуре / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 4. С. 67 – 68.

10. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. — М.: Наука, 1975. — 576 с.