И разрушении материалов

2.1.1. Общие понятия о нагрузках

На автомобиль, прицеп, другое транспортное средство в целом, узлы и отдельные детали в процессе эксплуатации действуют различные внешние силы. Так, например, к внешним силам, действующим на раму грузового автомобиля, относятся: распределенная нагрузка от размещенного на грузовой платформе груза, сосредоточенная сила от сцепного устройства прицепа, силы реакции земли, силы лобового сопротивления.

Внешними, по отношению к выбранному элементу конструкции, являются и силы, передаваемые со смежного элемента.

Так, например, внешними, по отношению к раме, являются силы, передаваемые с мостов. Любая из этих сил будет вызывать обратную силу - реакцию. Реакция, всегда, равна по величине и противоположна по направлению. Сила являющаяся действующей для одного элемента является реакцией для другого, и наоборот.

Все внешние силы, действующие на какой либо элемент конструкции, можно разделить на активные и реактивные.

Активные внешние силы, передающиеся на тот или иной элемент конструкции и вызывающие его нагружение, называютнагрузками.

Нагрузки делятся на сосредоточенные и распределенные.

Сосредоточенная нагрузка передается на элемент конструкции через небольшую площадку, размеры которой гораздо меньше размеров нагружаемого элемента. Во многих случаях допустимо считать, что сосредоточенная нагрузка прикладывается не по площадке, а в точке (расположенной в центре этой площадки).

Распределенные нагрузки могут быть объемными или поверхностными.

К объемным нагрузкам относятся собственный вес элемента конструкции и силы инерции, возникающие при ускоренном движении. В случае однородного тела воздействие гравитационного поля создает нагрузки, равномерно распределенные по объему. Равномерным будет распределение объемных нагрузок и от сил инерции, возникающих при ускоренном поступательном движении. Вращательное движение всегда вызывает неравномерное распределение нагрузок. При вращательном движении нагрузка возрастает пропорционально расстоянию от рассматриваемой точки до мгновенного центра вращения тела.

Примером распределенной поверхностной нагрузки является действие сыпучего груза на платформу автомобиля. Ее распределение по поверхности может быть как равномерным, так и неравномерным.

В том случае, когда поперечное сечение элемента конструкции мало по сравнению с его длиной, можно нагрузки, действующие в сечениях, заменять их равнодействующими. В этом случае нагрузку, распределенную по поверхности элемента конструкции (бруса), обычно заменяют нагрузкой, распределенной по его длине, так называемой погонной нагрузкой.

Погонная нагрузка это нагрузка, приходящаяся на единицу длины рассматриваемого элемента. Ее размерность – Н/м, (Н/см).

Нагрузки могут быть как постоянными, так и временными. Первые действуют в течение всего времени работы. Вторые - лишь в течение относительно коротких периодов.

Нагрузки могут воздействовать на элементы конструкции статически или динамически.

Под статическим воздействием понимается такое, когда нагрузка, прикладываемая к элементу конструкции, возрастает постепенно от нуля до полной своей величины, и затем в течение более или менее длительного промежутка времени не изменяет или почти не изменяет своей величины.

Динамическая (ударная) нагрузка действует кратковременно. Несмотря на это, некоторые элементы конструкции (например, элементы шасси, а также створки и щитки, выпускаемые с помощью пневматики) рассчитываются именно на данный вид нагрузки.

2.1.2. Понятие о напряжениях, деформациях

и разрушении материалов.

Под воздействием внешних нагрузок, а также структурно-фазовых превращений в материале конструкции возникают внутренние силы, которые могут быть выражены через внешние нагрузки.

Внутренние силы, приходящиеся на единицу площади поперечного сечения тела, называют напряжениями. Введение этого понятия позволяет проводить расчеты на прочность конструкций и их элементов.

После снятия внешней нагрузки в теле могут оставаться внутренние напряжения. Причиной возникновения внутренних напряжений могут быть также резкие перепады температур и структурно-фазовые превращения, происходящие в процессе технологической обработки материалов.

В материаловедении существует следующая классификация внутренних напряжений:

а) внутренние напряжения первого рода – напряжения, возникающие между крупными частями тела;

б) внутренние напряжения второго рода – напряжения, возникающие между смежными зернами или внутри зерен (между субзернами);

в) внутренние напряжения третьего рода – напряжения, возникающие внутри объема, охватывающего несколько ячеек кристаллической решетки.

Как известно, под воздействием нагрузки тело деформируется. Деформации делятся на упругие и пластические.

Упругопластическая деформация при достижении достаточно высоких напряжений может завершиться разрушением тела. Процесс разрушения состоит из нескольких стадий: зарождение микротрещин, образование макротрещин, распространение макротрещины по всему сечению тела.

В общем случае различают вязкое и хрупкое разрушения.

Вязкое разрушение происходит срезом под действием касательных напряжений и сопровождается значительной пластической деформацией. Для вязкого разрушения характерен волокнистый (матовый) излом детали или образца.

Хрупкое разрушение происходит под действием растягивающих напряжений, вызывающих отрыв одной части тела от другой без заметных следов макропластической деформации. Для хрупкого разрушения характерен кристаллический (блестящий) излом.

Разрушение металла в условиях эксплуатации может быть и смешанным – вязкохрупким.