Каталог

Высокоскоростное нагружение и прочность соединения

Стыковочные болты, участвующие в резьбовых соединениях космических аппаратов и болты, участвующие в других подобных соединениях, например в предохранительных устройствах, работа которых строится на разрушении болтов, зачастую испытывают однократные нагрузки, скорость приложения которых очень высока.

Оценку скорости нагружения проводят, оценивая интенсивность, с которой нарастает напряжение в период времени:

здесь σ это напряжение, которое может быть как условным, так и истинным, а t период времени.

В случае статического напряжения скорость нагружения, σ', как правило, находится в достаточно широких пределах от 1 и до 500 МПа/с, высокими же принято считать скорости превышающими показатель 500 МПа/с.

Повсеместно принято делить нагружение, характеризующееся высокой скоростью, на три группы. Так, к первой группе относят нагружение, которое характеризуется постоянным изменением сопротивления материала деформации и протекает с постоянной либо меняющейся скоростью. Ко второй группе относят случаи, когда высокая скорость нагружения сочетается с высокой скоростью деформации. В этом случае соизмеримы инерционная составляющая и сопротивление деформации. При этом стоит отметить, что инерционная составляющая характерна только для напряжений обеспечивающих пластическую деформацию. В третью группу попадают нагружения, которые способны преодолеть как упругопластичные, так и упругие волны.

5.32

Рис. 5,32. Кривая, характеризующая несущую способность болтов при их растяжении в зависимости от скорости нагружения.

Также стоит отметить и то обстоятельство, что с увеличением скорости нагружения, и как результат – скорости деформации, возрастает прочность абсолютного большинства материалов. С точки зрения физики это явление объясняется гипотезой, описывающей  протекание таких процессов как упрочнение и разупрочнение, которые протекают одновременно в момент пластической деформации. Исходя из этой гипотезы, разупрочнение проявляется с большей силой в зависимости от времени приложения нагрузки и чем времени больше, тем полнее оно проявляется. Естественно, когда скорость деформации увеличивается, время разупрочнения сокращается. При этом упрочнение снимается гораздо медленнее, что обуславливает увеличение степени прочности. Хотя теоретически подсчитать величину упрочнения невозможно. 

Для того чтобы оценить чувствительность различных материалов резьбовых соединений в зависимости от скорости нагружения был проведен ряд экспериментов, результаты которых можно увидеть в соответствующей статье Р. Элая. В этой статье присутствуют результаты исследований прочности болтовых соединений, как на срез, так и на растяжение при их высокоскоростном нагружении. Так при растяжении скорость нагружения изменялась в пределах от 68 и до 15*106 Н/с, а в момент испытаний на срез скорость нагружения доходила до 27*104 Н/с. В испытании участвовали болты 3/16", длина которых составляла 32 мм и болты были выполнены из латуни и стали, σ в = 570 МПа и 680 МПа соответственно. Также были использованы гайки высотой 3,2 мм, выполненные из тех же материалов. При этом головка болта от гайки находилась на расстоянии 25,4 мм. На срез испытания проводились в отношении двухсрезных соединений. Для регистрации результатов при малых скоростях использовался самописец, для регистрации результатов достигнутых при высоких скоростях использовали катодный осциллограф.

5.33

Рис. 5.33. Кривая, характеризующая несущую способность болтов при срезе в зависимости от скорости нагружения.

С полученными при испытаниях результатами можно ознакомиться, рассмотрев рис. 5.32 и 5.33. вертикальные линии, которые пересекают кривые, отражают разброс полученных результатов для каждой из точек. На рис. 5.32 штриховая линия было использована для обозначения области, для измерения значений в которой был использован осциллограф. На приведенных графиках ясно прослеживается закономерность: с увеличением скорости нагружения происходит и увеличение несущей способности всего соединения. При этом изменение скорости нагружения не влияет на соотношение прочности на срез и на растяжение, которая остается практически неизменной. Так, в отношении стали отношение снижается с 0,7 до 0,65 (рис. 5.33, кривая 1) и это при максимально возможных скоростях. В отношении латуни, а данное соотношение находится в пределах 0,56-0,59.

5.34

Рис. 5.34. Кривая, характеризующая несущую способность резьбового соединения в зависимости от высоты гайки.

И. Клепачко и М. Вакальски получили результаты, при которых было отмечено значительное увеличение несущей способности соединения, выполненного из стали 15, σ в = 400 ... 500 МПа, что продемонстрировано на рис. 5.34.

Если рассматривать ударные нагрузки, то можно отметить что в данном случае они оцениваются не только по количеству движения, а еще и по определенным механическим характеристикам, таким как предел упругости, пластичность и текучесть.

Так, согласно исследований Г. Юнкера, при использовании болтов М8Х20, выполненных из высокопрочной стали, σв = 1410 МПа, несущая способность соединения увеличивается на 61,5% в сравнении со статическим.

А

Абакан

Азов

Актобе

Александров

Алексин

Алматы

Альметьевск

Анапа

Ангарск

Анжеро-Судженск

Апатиты

Арзамас

Армавир

Арсеньев

Артем

Архангельск

Асбест

Астана

Астрахань

Ачинск

Б

Балаково

Балахна

Балашиха

Балашов

Барнаул

Батайск

Белгород

Белебей

Белово

Белогорск

Белорецк

Белореченск

Белоярский

Бердск

Бердюжье

Березники

Березово

Берёзовский

Бийск

Биробиджан

Благовещенск

Большие Леуши

Бор

Борисоглебск

Боровичи

Братск

Брянск

Бугульма

Будённовск

Бузулук

Буйнакск

В

Великие Луки

Великий Новгород

Верхняя Пышма

Видное

Владивосток

Владикавказ

Владимир

Волгоград

Волгодонск

Волжск

Волжский

Вологда

Вольск

Воркута

Воронеж

Воскресенск

Воткинск

Всеволожск

Выборг

Выкса

Вязьма

Г

Газ-Сале

Гатчина

Геленджик

Георгиевск

Глазов

Голышманово

Горно-Алтайск

Грозный

Губкин

Губкинский

Гудермес

Гуково

Гусь-Хрустальный

Д

Дербент

Дзержинск

Димитровград

Дмитров

Долгопрудный

Домодедово

Донской

Дубна

Е

Евпатория

Егорьевск

Ейск

Екатеринбург

Елабуга

Елец

Ессентуки

Ж

Железногорск

Жигулёвск

Жуковский

З

Заводоуковск

Заречный

Зеленогорск

Зеленодольск

Златоуст

И

Иваново

Ивантеевка

Игрим

Ижевск

Избербаш

Иркутск

Искитим

Ишим

Ишимбай

Й

Йошкар-Ола

К

Казань

Калининград

Калуга

Каменск-Уральский

Каменск-Шахтинский

Камышин

Канск

Каспийск

Кемерово

Керчь

Кинешма

Кириши

Киров

Кирово-Чепецк

Киселёвск

Кисловодск

Клин

Клинцы

Ковров

Когалым

Коломна

Комсомольск-на-Амуре

Копейск

Королёв

Коротчаево

Кострома

Котлас

Красногорск

Краснодар

Краснокаменск

Краснокамск

Красноселькуп

Краснотурьинск

Красноярск

Кропоткин

Крымск

Кстово

Кузнецк

Кумертау

Кунгур

Курган

Курильск

Курск

Кызыл

Л

Лабинск

Лабытнанги

Лангепас

Лениногорск

Ленинск-Кузнецкий

Лесосибирск

Липецк

Лиски

Лобня

Лысьва

Лыткарино

Люберцы

Лянтор

М

Магадан

Магнитогорск

Майкоп

Махачкала

Мегион

Междуреченск

Междуреченский

Мелеуз

Миасс

Минеральные Воды

Минусинск

Михайловка

Михайловск

Мичуринск

Москва

Мужи

Муравленко

Мурманск

Муром

Мытищи

Н

Набережные Челны

Надым

Назарово

Назрань

Нальчик

Наро-Фоминск

Находка

Невинномысск

Нерюнгри

Нефтекамск

Нефтеюганск

Нижневартовск

Нижнекамск

Нижний Новгород

Нижний Тагил

Новоалтайск

Новокузнецк

Новокуйбышевск

Новомосковск

Новороссийск

Новосибирск

Новотроицк

Новочебоксарск

Новочеркасск

Новошахтинск

Новый Уренгой

Ногинск

Норильск

Ноябрьск

Нягань

О

Обнинск

Одинцово

Озерск

Октябрьский

Омск

Орел

Оренбург

Орехово-Зуево

Орск

П

Павлово

Павловский Посад

Пенза

Первоуральск

Пермь

Петрозаводск

Петропавловск-Камчатский

Подольск

Покачи

Полевской

Приобье

Прокопьевск

Прохладный

Псков

Пуровск

Пурпе

Пушкино

Пятигорск

Р

Радужный

Раменское

Ревда

Реутов

Ржев

Рославль

Россошь

Ростов

Ростов-на-Дону

Рубцовск

Рыбинск

Рязань

С

Салават

Сальск

Самара

Санкт-Петербург

Саранск

Сарапул

Саратов

Саров

Свободный

Севастополь

Северодвинск

Северск

Сергиев Посад

Серов

Серпухов

Сертолово

Сибай

Симферополь

Славянск-на-Кубани

Сладково

Смоленск

Советский

Соликамск

Солнечногорск

Сосновый Бор

Сочи

Ставрополь

Старый Оскол

Стерлитамак

Ступино

Сургут

Сызрань

Сыктывкар