P3040903

2 • Nośność konstrukcji w aspekcie różnych właściwości stall

1

A 0.735 m y⁵ = 126MPa 10®

4 Sprawdzenie nośności.

Przyjęło częściowy współczynnik bezpieczeństwa y*= 1.2. 20 wzoru (8.16):

A<us

Ann

W

66.5 MPa < ^ = 105 MP«

Nośność belki no zmęczenie jest zapewniona.

2.9. Nośność konstrukcji w aspekcie różnych właściwości stali

2.9.1. Uwagi ogólne

Różne właściwości fizyczne lub cechy zachowania się metalu kształtują się:

□    w procesie produkcji, w zależności od składu chemicznego,

□    podczas kształtowania wyrobów hutniczych; wpływ obróbki mechanicznej i termicznej,

G w czasie wytwarzania elementów wysyłkowych i ich scalania na budowie; wpływ spawania, nawiercania otworów i innych operacji, G wskutek obciążeń, zmiennych wartościowo, kierunkowo i częstotliwościowe,

0    wskutek zmian temperatury otoczenia,

□    z upływem czasu.

Podczas projektowania konstrukcji metalowych już we wczesnych fazach. przy doborze gatunków metalu i wyrobów hutniczych, należy uwzględniać wpływ różnych właściwości mechanicznych metalu na nośność

1    niezawodność całej konstrukcji jak i jej elementów składowych eksploatowanych w zróżnicowanych warunkach obciążenia, środowiska i klimatu.

Wyszczególnia się następujące podstawowe właściwości lub cechy zachowania się stali, mające wpływ na nośność i niezawodność konstrukcji w fazach projektowania, wznoszenia i eksploatacji:

■    sprężyste i plastyczne zachowanie się stali,

■    kruchość.

■    zachowanie się w złożonym stanie naprężenia,

■    konsolidacja,

■    starzenie,

■    współpraca elementów z różnych gatunków stali.

2.9.2. Wpływ struktury krystalicznej na sprężyste i plastyczne zachowanie się stali

Nisko węglowa stal ma budowę siatki krystaliczną), która składa się z wielu kryształków, mających różnorodną orientację. Atomy są rozmieszczone wewnątrz kryształków, w określonym porządku, kształtują

11S

■mmmmmm

Podstawy projektowania konstrukcji metalowych

przestrzenną sieć. Między atomami oddziaływają równoważące się wzajemne siły. Pomimo różnej orientacji kryształków, wskutek ich dużej liczby, umownie przyjmuje się, że metal posiada jednakowe właściwości we wszystkich kierunkach. Po obciążeniu atomy wewnątrz ciała wzajemnie oddziaływają na siebie zmiennymi siłami, powodując nieznaczne zmiany kształtu kryształków i krystalicznej siatki. Po odciążeniu kształt kryształków i sieci krystalicznej wraca do kształtu pierwotnego, atomy zajmują poprzednie miejsca, a siły wząjemnego oddziaływania mają podobne wartości jak przed obciążeniem.

Rozdział 2

W granicach małych przemieszczeń związek między siłami wzajemnego oddziaływania a przemieszczeniem jest prawie liniowy (prawo Hook&a), a odkształcenie sprężyste. Przy obciążeniu, wywołującym naprężenia osiągające granicę plastyczności elementu, pojawiają się odkształcenia trwale związane z przemieszczeniem się dyslokacji w siatce krystalicznej. Po odciążeniu znika tylko sprężysta składowa przemieszczeń, a pozostaje trwałe odkształcenie, które charakteryzuje plastyczne właściwości metalu. Powstawanie przesunięć plastycznych w ziarnach o jednokierunkowej siatce krystalicznej odbywa się niejednocześnie. Jeśli nagromadzi się określona ilość takich przesunięć (powstaje wiązka przesunięć), to na rozciąganych próbkach pojawiają się charakterystyczne linie (zwane liniami Ludersa) skierowane pod kątek 40*45° względem kierunku działania siły obciążającej.

Linie Ludersa, widoczne gołym okiem, przedstawiają ślady przemieszczeń plastycznych warstw metali. Po odciążeniu te linie pozostają, a ich kierunek jest w zasadzie zgodny z kierunkiem maksymalnych naprężeń stycznych.

Mechanizm pojawiania się przemieszczeń plastycznych można wytłumaczyć teorią dyslokacji. W strukturze krystalicznej metalu jest zawsze dużo defektów, które powstają w procesie krystalizacji i tworzenia ziam. a także w wyniku oddziaływania mechanicznego podczas walcowania. Rozróżniane są defekty punktowe i dyslokacyjne naruszające regularność siatki krystalicznej. Wskutek tych defektów zmianiąją się częściowo siły wząjemnego oddziaływania lub poła naprężeń. Defekty mogą zmieniać się pod wpływem zmian temperatury i wraz zupływem czasu (starzenie się).

Główną jednak rolę w kształtowaniu się własności mechanicznych materiału odgrywąją defekty liniowe zwane dyslokacjami. Pod wpływem sił zewnętrznych następuje stały ruch dyslokacji, co powoduje zmiany kształtu siatki krystalicznej, to znaczy, że uzyskuje się przemieszczenie materiału bez naruszania jego spójności.

Ponieważ przemieszczenie dyslokacji odbywa się stopniowo, to siła konieczna do przesunięcia jest wiole razy mniejsza od teoretycznej siły, określonej dla idealnej struktury krystalicznej. Przy statycznym rozciąganiu próbki płaszczyzna poślizgu różnych ziam może być różnie ukierunkowana, ponieważ siatka krystaliczna jest ukierunkowana w różne strony, a przesunięcia w ziarnach nie zaczynają się równocześnie. Na granicach ziam dyslokacje skupiąją się i zagęszczają, powodując płynięcie materiału.

Wtrącenia niemetaliczne, np. węgliki, hamują przesunięcia dyslokacji, co prowadzi do podwyższenia granicy płynięcia materiału. W miarę dalszego wzrostu obciążenia materiał znów wzmacnia się na skutek rozwoju różnołderunkowych przemieszczeń i tworzących się dzięki temu zespołów różnokierunkowych dyslokacji wpływających hamująco na dalsze ich przesunięcie się.

Po odciążeniu pojawia się resztkowe odkształcenie albo granica sprężystości podnosi się odpowiednio do powstałych przemieszczeń. To zjawi-

113