Rozrywanie prętów o zmiennym przekroju


Rozciąganie i ściskanie / wtorek, Kwiecień 3rd, 2018

Wnioski, odnoszące się do wpływu ostrych zmian przekroju na rozkład naprężeń, są prawdziwe tylko tak długo, dopóki materiał podlega prawu Hooke’a. Skoro tylko w jakimkolwiek miejscu naprężenie przekroczy granicę proporcjonalności, to prawo rozkładu naprężeń zmienia się. Z chwilą pojawienia się odkształceń trwałych zaczynają w ogóle naprężenia rozkładać się bardziej równomiernie, a ostatecznie będzie wpływ ostrych zmian przekroju na wielkość obciążenia rozrywającego rozmaity, zależnie od zdolności materiału do odkształceń plastycznych. W materiałach o znacznej rozciągliwości, jak np. żelazo kowalne, miedź, miękka stal itp., wywołują ostre zmiany przekroju zwiększenie doraźnej wytrzymałości (mierzonej ilorazem siły rozrywającej przez pole najmniejszego przekroju). Łatwo to objaśnić, mając na względzie dwie okoliczności, wpływające różnie na wielkość doraźnej wytrzymałości:

1) Dzięki obecności ostrych zwężeń przekroju poprzecznego będzie rozkład naprężeń w miejscu osłabionym nierównomiernym.

2) Przy rozciąganiu pręta aż do przerwania będzie wytworzenie szyjki utrudnione wskutek obecności zgrubionych części pręta w sąsiedztwie miejsca pęknięcia.

Pierwsza okoliczność powinna wywołać zmniejszenie obciążenia rozrywającego, ale jej wpływ staje się niewielkim w przypadku materiałów plastycznych. Po przekroczeniu granicy proporcjonalności będą naprężenia w najbardziej narażonych miejscach wzrastać powolniej, niż odkształcenia i podczas dalszego rozciągania wygładzają się coraz bardziej nierówności w rozkładzie naprężeń.

Druga okoliczność musi natomiast sprzyjać powiększeniu doraźnej wytrzymałości, a jej wpływ, jak pokazuje doświadczenie, przeważa przy rozrywaniu prętów z żelaza kowalnego i miedzi.

Inne wyniki otrzymamy dla materiałów kruchych. Tutaj przeważające znaczenie ma pierwsza przyczyna. Materiał nie znosi większych odkształceń trwałych i dlatego nierównomierność rozkładu naprężeń zachowuje się do chwili pęknięcia.

Doświadczenia nad prętami szklanymi z okrągłym otworem  wykazały np.  doraźną wytrzymałość o 40% mniejszą niż u prętów pryzmatycznych.

Na podstawie wszelkich dotychczasowych doświadczeń można wyprowadzić wniosek, że ostre zmiany przekroju, wywołujące znaczne nadwyżki naprężenia, nie okazują szkodliwego wpływu na wytrzymałość, jeżeli obciążenie zachowuje wartość stałą, a materiał jest niezbyt kruchy. Zupełnie inaczej przedstawia się rzecz, gdy pręt podlega działaniu obciążeń zmiennych. W tym przypadku może, jak wiadomo, nastąpić pęknięcie przy naprężeniach mniejszych od zwykłej granicy proporcjonalności, a więc kiedy wszelkie wnioski, odnoszące się do nierównomierności rozkładu naprężeń, pozostają ważne. Doświadczenia przeprowadzone w tym kierunku przez A. Fopl’a wykazały istotnie, że ostre zmiany przekroju poprzecznego, znacznie pomniejszają wytrzymałość prętów na obciążenia powtarzające się wielokrotnie.