Оригинальные предметы

Как сделать свое жилище еще более уютным и непохожим на другие квартиры и дома?

Ответ прост: завести неординарные, экзотические предметы интерьера, которые подчеркнут ваш вкус и преобразят каждый уголок дома.

Посетив наш интернет-магазин, вы удивитесь многообразию красивых и стильных вещей (абажуров, статуэток, ковриков, ваз и панно) и оригинальной мебели из ротанга (стульев, пуфиков, диванов, этажерок, столиков, ширм, комодов, уютных кресел, сундуков и даже домиков для кошек!).

Все предметы интерьера, которые мы можем вам предложить, выполнены в колониальном стиле. Он возник и сформировался во времена великих географических открытий: когда ведущие европейские государства завоевывали Новый свет и создавали обширные колонии.

Гармоничное сочетание европейских и туземных черт – вот основные признаки колониального стиля. Завоеватели, строившие свои города на новых землях, придерживались канонов европейской архитектуры.

Механизм теплообразования в вершине трещины металлической пластины

Опубликовано: 02.09.2018

В статье показано, что с уменьшением толщины стальных листов до 3–10 мм и ростом радиуса надреза напряженное состояние приближается к плоскому. Отмечено также, что источником теплообразования в металлическом образце является не весь объем зоны пластических деформаций у вершины дефекта, трещины, а только участки скольжения (полосы Людерса–Чернова), занимающие относительно небольшую долю этой зоны.

ВВЕДЕНИЕ

Для применяемых в практике расчета элементов и узлов металлических конструкций классических критериев прочности [1–3] механические характеристики стали и других сплавов определяются испытанием стандартных образцов при одноосном напряженном состоянии [4]. Тот же материал в зонах конструктивно-технологических надрезов (отверстия, вырезы, места изменения сечений, сварочные дефекты и т. д.) проявляет пластические и прочностные свойства, существенно отличающиеся от определенных стандартными методами [5–7]. Многочисленные исследования конструктивной прочности стали показывают [8, с. 64–80], что эти различия определяются более сложным напряженно-деформированным состоянием стали в окрестности надрезов, трещин и температурными условиями деформирования элементов. В ряде случаев это приводит к аварийным ситуациям и обрушениям конструкций и сооружений [9, 10].

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ЗОНА В ОКРЕСТНОСТИ ТРЕЩИНЫ

Очагом зарождения трещины в элементе конструкции является дефект (надрез) металлургического, конструктивно-технологического или эксплуатационного происхождения [11, 12]. Зарождение и развитие трещины в этой зоне контролируется предельным напряженно-деформированным состоянием, которое зависит от геометрии надреза и начальной толщины растягиваемого элемента. При изменении толщины элемента с дефектом происходит изменение механизма излома: от скола у тонких элементов (рис. 1), смешанного механизма у элементов промежуточных толщин (рис. 2), отрыва у толстых элементов (рис. 3). Продвижение образовавшейся в тонком листе трещины происходит за счет перемещения винтовых дислокаций MN в направлении оси Х2 по плоскости, расположенной под углом 45о к поверхности полосы (см. рис. 1). При этом каждая винтовая дислокация MN создает относительное смещение нижней и верхней частей трещины на величину ее вектора Бюргерса.

а) б)

Рис. 1. Схема образования поверхности скола перед вершиной трещины в тонкой пластине (а) и шейкообразования в процессе зарождения трещины (б)

Рис. 2. Зарождение трещины отрыва и развитие разрушения в листе с надрезом промежуточной толщины

Рис. 3. Развитие пластической зоны в вершине трещины в листе большой толщины

Смещение трещины при сдвиге S происходит под действием касательных напряжений t согласно выражению, приведенному в [13]

(1)

где q, t у, а – соответственно напряжение, предел текучести при сдвиге и длина трещины.

С увеличением а напряжение q, необходимое для дальнейшего роста трещины, уменьшается, а приложенное к элементу напряжение s растет из-за уменьшения площади поперечного сечения. Трещина при этом развивается с ускорением.

В образцах толщиной 30–40 мм и более (толстых образцах) поверхность излома почти перпендикулярна срединной поверхности пластины (плоскость Х2ОХ1 на рис. 3). У боковых поверхностей листа наблюдается небольшая доля косого излома (см. рис. 3). Это свидетельствует о том, что в центральной части пластины в окрестности вершины трещины компонента деформации e 33 равна 0; здесь происходит высокое стеснение деформации, приводящее к развитию трехосного напряженного состояния [13, 14]. При фиксированном раскрытии трещины пластическая зона у поверхности пластины 1 (см. рис. 3) значительно больше величины пластической зоны в ее средней части 2 (см. рис. 3).

а)

б)

Рис. 4. Вид начальной трещины отрыва в изломе образца: а – К = 3;В = 30 мм; Т = 20 оС; а = 8,0 мм; r0 = 6,0 мм; б – К = 6; В = 30 мм; Т = -5 оС; а = 8,1 мм; r0 = 1,0 мм

Для промежуточных толщин (см. рис. 2) механизм разрушения более сложный, чем в рассмотренных двух случаях на рис. 1 и 3, где центральная и приповерхностные области пластины сравнимы по размерам. При росте трещины под действием возрастающей нагрузки пластическая зона перед вершиной трещины увеличивается, развивается релаксация компоненты напряжения, направленного по оси Х3, и уменьшается доля сечения, где материал деформируется в условиях плоской деформации. У исходного надреза при объемном напряженном состоянии зарождается в процессе отрыва «ногтеобразная» трещина, при движении которой снижается доля плоского излома отрывом (см. рис. 2, сечения 1, 2, 3) и долом происходит сколом [13, 14]. Эта модель промежуточного разрушения хорошо иллюстрируется данными эксперимента на образцах из малоуглеродистой стали Ст3 толщиной 6, 12, 25, 30, 36 мм [8]. Из рис. 4 видно, что площадь начальной трещины отрыва уменьшается для более острых надрезов и при снижении температуры испытания.

При фиксированной температуре испытания зарождающаяся в устье надреза с кривизной 1/r0 начальная трещина отрыва может инициировать долом пластины по механизму скола (вязкое разрушение), по промежуточному механизму (квазихрупкое разрушение), отрывом (хрупкое разрушение) в зависимости от вида напряженно-деформированного состояния (НДС) в материале зоны дефекта. Основными факторами, определяющими НДС в дефектных участках элементов, являются кривизна в устье дефекта (1/r0) и толщина элемента. При фиксированной кривизне прочность листового элемента зависит от механизма зарождения и развития разрушения, и при росте толщины листа изменяется в соответствии с кривой 2 на рис. 5. Из рис. 5 следует, что наибольшее сопротивление разрушению оказывают пластины промежуточных толщин (для Ст3 – листы толщиной 12–20 мм [8]). Подобным образом сопротивление разрушению пластин зависит и при росте коэффициента концентрации напряжений в зоне зарождения трещины отрыва [8].

Рис. 5. Схема изменения сопротивления металлических пластин разрушению в зависимости от толщины проката

При этом следует обратить внимание на некоторые особенности предельного напряженно-деформированного состояния и eго зависимость от геометрии надреза. Так, угол раскрытия и контуры надреза незначительно сказываются на изменении напряженно-деформированного состояния. С уменьшением толщины и ростом радиуса надреза напряженное состояние приближается к плоскому. При этом оно не достигается в точности даже для весьма тонких образцов. Увеличение толщины элементов с надрезами до 30–40 мм сопровождается появлением плоской деформации. Максимумы осевых напряжений с уменьшением кривизны и ростом толщины у основания надреза смещаются в середину образца, определяя точку зарождения трещины. В момент ее образования нагрузка на образец наибольшая. Кинетика деформированного и напряженного состояний обуславливает указанное выше изменение разрушающих надрезанные образцы нагрузок с ростом их толщины. Достаточно острые надрезы, начиная с некоторой толщины пластины, способны не допустить уменьшения кривизны в основании при деформировании и тем самым сковать поперечные деформации. В этом случае разрушение определяет небольшой объем предельно деформированного металла, прилегающего к надрезу. И чем меньше этот объем, тем при меньших номинальных напряжениях появится текучесть металла и произойдет зарождение трещины в зоне возникновения объемного напряженного состояния. С увеличением радиуса надреза растет такой объем металла, достигая при величине коэффициента концентрации напряжения, примерно равного трем, насыщения, сопровождаемого течением металла по всему сечению. При этом происходит увеличение первоначального радиуса надреза, перераспределение и снижение максимумов напряжений, их градиентов.

ТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ В ВЕРШИНЕ НАДРЕЗА, ТРЕЩИНЫ

Температура испытания (и эксплуатации) в диапазоне от плюс 20 оС до минус 80 оС в значительно меньшей мере сказывается на процессах зарождения начальной трещины отрыва и ее развития в элементах из строительных малоуглеродистых сталей [8]. Причиной этому является значительный нагрев металла в области развития пластических деформаций в окрестности дефекта [8]. На взаимосвязь такого нагрева с сопротивляемостью разрушению конструктивных элементов из стали впервые обратил внимание Уэллс [14]. На рис. 6 показано теплообразование в вершине движущейся в тонком листе (по схеме рис. 1) трещины.

а )

б)

в)

Рис. 6. Стадии развития трещины и теплообразования в ее вершине при растяжении тонкого листа с симметричными надрезами: а) зарождение пластических деформаций у выреза, tcp = 22,4 oC; б) медленное развитие трещины, tcp = 25,2 oC; в) температурное поле при сближении полей пластических деформаций двух встречных трещин, tcp ? 30,4 oC

Ключом к уяснению механизма появления вышеуказанных зависимостей разрушающих напряжений от характеристик напряженно-деформированного состояния в зоне надреза и температуры элементов является отмеченный выше факт локализации зоны пластических деформаций у надреза, превращение в этой зоне механической энергии деформации в тепловую и воздействие последней на механические свойства материала (рис. 7). Превращение энергии механического деформирования металла в зоне надреза в тепло приводит к весьма существенному повышению там средней температуры [15]. В работах Брока [16] показывается, что повышение температуры в вершине трещины и объемное напряженно-деформированное состояние существенно сказываются на динамике развития трещины.

а)

б )

Рис. 7. Схема упруго-пластического роста трещины (а) и теплообразования в упругой и пластической зонах в вершине движущейся трещины (б)

На рис. 7б показан ход изменения температуры в окрестности вершины трещины: наибольшее повышение средней температуры (на десятки градусов) достигается в непосредственной близости от вершины, до границы области пластических деформаций (см. рис. 7а, позиция 1) температура снижается до нуля, а в упруго-деформированном материале (см. рис. 7а, полоса 1–2) –снижается ниже нуля (до нескольких градусов). Следует иметь в виду, что источником тепла в металлическом образце является не весь объем зоны пластических деформаций у вершины трещины, а только участки скольжения (полосы Людерса–Чернова), занимающие относительно небольшую долю этой зоны [11–13]. Непосредственно в полосах скольжения температура повышается на сотни градусов (до температуры плавления). Продолжительность такого повышения температуры определяется законами теплопроводности [17], поэтому следует ожидать противоположных эффектов при больших и очень маленьких скоростях деформирования. Чем больше объем пластически деформированного металла, скорость и величина деформации, тем выше его температура. Зона разрушения будет более локализованной, если выделяющееся в месте надреза тепло поглощается окружающей средой, а не прилегающими объемами деформированного металла. Поэтому чем выше способность элемента отдавать тепло окружающей среде и чем ниже ее температура, тем меньше будет эта зона. Теплотворная способность при деформировании и теплофизические параметры различных марок малоуглеродистых строительных сталей примерно одинаковы. Это приводит к тому, что понижение температуры среды эксплуатации будет сильнее локализовывать деформированную зону у толстых образцов с острыми надрезами, при большой скорости движения трещины и т. д., определяя более значительное падение их прочности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 С уменьшением толщины стальных листов (до 3–10 мм) и ростом радиуса надреза напряженное состояние приближается к плоскому. Увеличение толщины элементов с надрезами (30–40 мм и более) сопровождается появлением плоской деформации. Прочность листового элемента зависит от механизма зарождения и развития разрушения и при росте толщины листов изменяется с достижением максимума для пластин промежуточной толщины (для Ст3 – листы толщиной 12–20 мм). Аналогично изменяется сопротивление разрушению пластин при росте коэффициента концентрации напряжений в зоне зарождения трещины отрыва.

2 Источником теплообразования в металлическом образце является не весь объем зоны пластических деформаций у вершины дефекта, трещины, а только участки скольжения (полосы Людерса–Чернова), занимающие относительно небольшую долю этой зоны. В полосах скольжения температура металла повышается на сотни градусов (вплоть до температуры плавления). Условия распределения и отвода деформационного тепла из зоны пластического деформирования в окрестности вершины дефекта позволяют целенаправленно воздействовать на развитие механизма излома (вязкий, квазихрупкий, хрупкий).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гольденблат, И. И. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов / И. И. Гольденблат, В. А. Копнов. – М.: Машиностроение, 1968. – 191 с.

2. Беленя, Е. И. Металлические конструкции. Общий курс. Учебник для вузов / Е. И. Беленя [и др.]. – М.: Стройиздат, 1985. – 560 с.

3. Металлические конструкции: в 3 т. Т. 1: Элементы стальных конструкций / В. В. Горев [и др.]; под ред. В. В. Горева. – М.: Высшая школа, 1997–2002. – 527 с.

4. Фридман, Я. Б. Механические свойства металлов: в 2 ч. / Я. Б. Фридман. – М.: Машиностроение, 1974. – Ч. 2. – 368 с.

5. Вейс, З. В. Анализ разрушения в условиях концентрации напряжения / З. В. Вейс // Разрушение. Под ред. Г. Любовица. Т. 3. Инженерные основы и воздействие внешней среды. – М.: Мир, 1976. – С. 263–302.

6. Надаи, А. Пластичность и разрушение твердых тел / А. Надаи. – М.: Издательство иностранной литературы, 1954. – 647 с.

7. Ужик, Г. В. Сопротивление отрыву и прочность металлов / Г. В. Ужик. – М.: Издательство АН СССР, 1950. – 255 с.

8. Мойсейчик, Е. А. Количественная оценка надежности статически растянутых элементов строительных конструкций из малоуглеродистых сталей при низких температурах: дис… канд. техн. наук: 05.23.01 / Е. А. Мойсейчик. – Новосибирск, 1980. – 205 с.

9. Аугустин, Я. Аварии стальных конструкций / Я. Аугустин, Е. Шледзевский. – М.: Стройиздат, 1978. – 183 с.

10. Лащенко, М. Н. Аварии металлических конструкций зданий и сооружений / М. Н. Лащенко. – М.: Стройиздат, 1969. – 181 с.

11. Нотт, Дж. Ф. Основы механики разрушения / Дж. Ф. Нотт. – М.: Металлургия, 1978. – 256 с.

12. Zehnder, A. Fracture Mechanics / A. Zehnder. – Ithaca: Cornell University, 2007. – 220 p.

13. Bilby, B. A. The spread of plastic yield from a notch / B. A. Bilby, A. H. Cottrell, K.H.Swinden // Procedings of Royal Society London. – 1963. – Vol. A272. – Р. 304–314.

14. Wells, A. A. The Mechanics of Notch Britle Fracture / A. A. Wels // Welding Research. – 1953. – V. 7. – № 2. – Р. 34–56.

15. Weichert, R. Heat generation at the tip of a moving crack / R. Weichert, K. Schoenert // J. Mech. Physics Solids. – 1978. – 26. – Р. 151–161.

16. Brock, L. M. Effects of Thermoelasticity and a fon Mises condition in rapid steady-state quasi-brittle fracture / L. M. Brock // Int. J. Structures. – 1996. – Vol. 33. – Р. 4131–4142.

17. Кутателадзе, С. С. Основы теории теплообмена / С. С. Кутателадзе. – М.-Л.: Машгиз, 1962. – 456 с.

Интерьер

Резная или ротанговая мебель, деревянные или плетеные ширмы, маски, сундуки, корзины, расписные коврики и статуэтки: все это и по сей день напоминает нам о временах колоний и глобальных завоеваний.

Основные признаки современной колониальной мебели и аксессуаров:

- экологичность (как правило, все они сделаны вручную из природных материалов: дерева, бамбука, ротанга, тростника, глины, растительных волокон, керамики и т.п.);

- декоративность (благодаря своему экзотичному внешнему виду и натуральным расцветкам, они прекрасно впишутся практически в любой интерьер).

В интернет-магазине Birma вы можете выбрать и купить предметы интерьера, сделанные руками потомственных мастеров из Бирмы. Все вещи, которые мы предлагаем вашему вниманию, могут не только украсить ваше жилище, но и стать необычным, запоминающимся подарком вашим друзьям и близким.

Однако, в быт им приходилось привносить туземные правила и предметы интерьера, оправданные особенностями климата.

Экзотические вещи становились привычными для колонистов, а колониальный стиль входил в моду и в самой Европе, которая получала туземные сувениры с кораблями, регулярно приходящими из колоний.

rss