20.12 : Остаточные напряжения при изгибе

При исследовании упругопластических элементов, подвергающихся изгибающим моментам, понимание фаз нагрузки и разгрузки имеет решающее значение для оценки поведения материала и структурной целостности. Во время фазы нагрузки, когда изгибающий момент увеличивается, материал сначала реагирует упруго, подчиняясь закону Гука, согласно которому напряжение прямо пропорционально деформации. Когда нагрузка превышает предел текучести, возникает пластическая деформация, приводящая к постоянной деформации и деформации, которая сохраняется даже после снятия нагрузки.

Фаза разгрузки начинается, когда изгибающий момент уменьшается до нуля. В отличие от чисто упругих материалов, напряжение в упругопластическом элементе во время разгрузки не повторяет первоначальный путь нагрузки, а вместо этого следует новому, линейному пути. Такое изменение указывает на наличие остаточных напряжений, которые сохраняются из-за необратимых пластических деформаций, возникающих при нагрузке.

Эти остаточные напряжения рассчитываются с использованием принципа суперпозиции, объединяющего напряжения фазы упругопластической нагрузки с напряжениями фазы упругой разгрузки.

Во время разгрузки соотношение напряжения и деформации снова становится линейным, что позволяет использовать формулы упругого изгиба. Этот этап имеет решающее значение для инженерных приложений, поскольку остаточные напряжения могут влиять на поведение конструкции при повторяющихся нагрузках, что потенциально может привести к неожиданным отказам. Понимание этой динамики позволяет проектировать более безопасные и надежные конструкции за счет точного прогнозирования и управления напряжениями, возникающими в результате сложных сценариев нагрузки.