Стальные вертикальные резервуары низкого давления
для нефти и нефтепродуктов

конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт

2.3.4 Работа стали при повторных нагрузках

Работа материала при повторных нагрузках с перерывами

Работа стали при непрерывно повторной нагрузке. Вибрационная прочность

Разрушение металла от усталости

2.3.4.1 Работа материала при повторных нагрузках с перерывами

Многократные повторные нагружения в пределах упругих деформаций не отражаются на дальнейшей работе материала, поскольку упругие деформации обратимы.

Нагружение непосредственно после окончания предыдущего цикла при повторной нагрузке с переходом в пластическую стадию ведет к ускорению развития пластических деформаций, поскольку сопротивления развитию их уже были преодолены во время предыдущих циклов (рис. 16, а). При достаточно большом перерыве (отдыхе) упругость материала восстанавливается и достигает пределов предыдущего цикла (рис. 16, б). Это повышение упругих свойств называется наклепом. Оно связано с явлением старения и перераспределением остаточных напряжений во время отдыха.

Остаточным деформациям, получившимся в результате работы предыдущих циклов, отвечает система остаточных напряжений. Вначале эти напряжения ориентированы беспорядочно в связи с различием развития пластических деформаций в отдельных кристаллитах. Во время отдыха искаженная пластическими деформациями структура упорядочивается (явление упругого последействия), а остаточные напряжения взаимно уравновешиваются. Более деформированные кристаллиты получают отрицательные остаточные напряжения, менее деформированные—положительные, суммируясь с внешними напряжениями нового нагружения, остаточные напряжения выравнивают распределение напряжений и повышают область упругой работы, тем более что этому способствует сопутствующее наклепу явление старения (рис. 17).

Новые пластические деформации возможны лишь после того, как будет превышена сумма упругих и остаточных напряжений предыдущих циклов. Наклеп уменьшает удлинения, срезая их остаточными деформациями предыдущих циклов (рис. 16); таким образом, он повышает хрупкость материала. Поэтому в стальных конструкциях воздействия наклепа не используются, но они используются для повышения механических качеств арматуры, проволоки и т. д.

Рис.16. Диаграмма растяжения стали при повторных нагрузках

а—при нагружении без перерыва; б — при нагружении с перерывом 

Рис.17. Схема явления наклепа АВС - средняя диаграмма;

а₁b₁— переход  в  пластическую стадию первого   кристаллита; a₂b₂—переход в пластическую стадию последнего кристаллита  - остаточные напряжения