Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Обработка металлов -> Гибка -> Гибка листового материала -> Поле напряжений и деформаций при изгибе моментом

Поле напряжений и деформаций при изгибе моментом

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3  4  5  6  7  8  9 

Поле напряжений и деформаций при изгибе моментом

Для осуществления процесса изгиба необходимо приложить изгибающий момент, хотя в общем случае изгиб может производиться одновременным действием моментов, а также продольных и поперечных сил. В основу теоретического анализа гибки положена гипотеза плоских сечений, согласно которой считается, что сечения, перпендикулярные к срединной поверхности заготовки, остаются плоскими в процессе изменения кривизны при изгибе. Опытами установлено, что эту гипотезу можно считать справедливой и при конечных пластических деформациях изгиба.

Для установления основных закономерностей, управляющих процессом изгиба, выявления поля напряжений и деформаций рассмотрим вначале случай пластического изгиба широкой полосы (пока без учета явления анизотропии механических свойств листового материала) действием только одного изгибающего момента.

Распределение напряжений по толщине заготовки можно найти из совместного решения дифференциальных уравнений равновесия и уравнения пластичности. В рассматриваемом случае, учитывая постоянство кривизны по всей длине изгибаемой заготовки (по углу), для анализа поля напряжений используем полярную систему координат с полюсом, совпадающим с центром кривизны заготовки в данный момент деформирования. При этом следует учесть, что при изгибе моментом, ввиду отсутствия перерезывающих сил, касательные напряжения τθр отсутствуют и напряжения σθ и σр являются главными нормальными напряжениями. Уравнение равновесия (рис. 1) получит вид

Уравнение пластичности для объемного напряженного состояния в упрощенном виде по энергетической теории и при условии, что σθ и σр являются крайними главными напряжениями без учета упрочнения, будет

 

где знак плюс относится к зоне растяжения в тангенциальном направлении (р > рн), а знак минус - к зоне сжатия в тангенциальном направлении (р < рн).

Ввиду того, что при изгибе широкой заготовки аксиальные деформации εz равны нулю, что соответствует условию плоского деформированного состояния, коэффициент β, учитывающий влияние среднего главного напряжения σz, будет равен 1,15.

Подставляя значения σθ из уравнения (122) в (121) с учетом знаков напряжений, получим

откуда

p = βσs dp/p                     (123)

После интегрирования получим

σp = βσs ln р + С                  (124)

Произвольная постоянная С интегрирования определяется из граничных .условий, по которым для зоны растяжения на наружной поверхности (при р = R) напряжение σр = 0, т. е. С = -βσs ln R. Тогда радиальные напряжения

σp = -βσs ln(R/p)                  (125)

Подставляя значение σp в уравнение пластичности (122), получим выражение для тангенциальных напряжений

σθ = βσs [l - ln(R/p)]             (126)

Аналогично определяются уравнения для напряжений σp и σθ и для зоны сжатия, при этом произвольная постоянная интегрирования отыскивается из граничных условий для внутренней поверхности, по которым при р = r напряжение σp = 0. Тогда

Из формул (125) и (127) видно, что напряжения σp возрастают по абсолютной величине по мере удаления от поверхности заготовки в ее толщину. На нейтральной поверхности при р = рн напряжения σp, определяемые из формул (125) и (127) для зон растяжения и сжатия, равны между собой. Если приравнять эти напряжения, получим σs ln(R/pн) = σs ln(pн/r). Тогда из этого выражения легко получить формулу для определения радиуса нейтральной поверхности напряжений

рн = √Rr                        (129)

Подставив значение рн из формулы (129) в (125) или (127), найдем наибольшую (по абсолютному значению) величину σp, действующую на нейтральной поверхности,

Так как ln √R/r ≈  √R/r - 1, то после разложения корня в ряд и, имея в виду, что R = r + s и √l + r/s ≈ 1 + s/2r, после подстановки этих значений в формулу (130), получим

σp mах ≈ -βσs s/2r                    (131)

Из формулы (131) видно, что при r/s > 5 (при β = 1,0) максимальное значение (по абсолютной величине) напряжения σp на нейтральной поверхности напряжений σp mах < 0,1σs в этом случае влиянием напряжений σp на тангенциальные напряжения σθ можно без большой погрешности пренебречь, а напряжение σθ принять постоянным и равным σs. Из формулы (131) также вытекает, что при r/s > 5 схема напряженного состояния близка к линейной и для практических расчетов можно использовать формулы, получаемые на основании теории линейного изгиба. В этом случае нейтральная поверхность напряжений рн совпадает с нейтральной поверхностью деформаций рд и со срединной поверхностью заготовки рн = 0,5 (R + r) = r + 0,5s.

При r/s < 5 влияние σp на величину и распределение напряжений σθ по толщине заготовки становится значительным, а нейтральная поверхность напряжений смещается от срединной поверхности к центру кривизны, достигая значения s/2 при r/s = 0. В последнем случае нейтральная поверхность переходит на внутреннюю поверхность заготовки, что обычно имеет место при условиях гибки с растяжением.

 

Рис. 2. Эпюры напряжений при гибке: а - изгиб

при r/s > 5; б - при r/s = 1; — - изгиб

без упрочнения; --- - изгиб с упрочнением

На рис. 2 показаны (с учетом и без учета упрочнения) эпюры распределения напряжений σp и σθ по толщине заготовки при изгибе моментом, когда r/s >5 (линейное напряженное состояние) и при r/s = 1 (объемное напряженное состояние). Из эпюр видно, что при изгибе моментом по малому радиусу без упрочнения на поверхностях заготовки тангенциальное напряжение σθ равно σs; по мере удаления от свободных поверхностей напряжение σθ убывает в зоне растяжения и возрастает (по абсолютному значению) в зоне сжатия. Радиальное напряжение σp на наружных поверхностях равно нулю, а на нейтральной поверхности имеет свое наибольшее значение.

Величину (аксиальных) напряжений σz, действующих вдоль образующей срединной поверхности при изгибе моментом, найдем из условия плоской деформации, при которой принимается, что

σz = (σp + σθ)/2

Используя выражения (125) - (128), после некоторых преобразований находим:

для зоны тангенциального растяжения

σz = 0,5βσs [l - 2ln(R/p)]               (132)

для зоны тангенциального сжатия

σz = -0,5βσs [l + 2ln(R/p)]               (133)

Следует отметить, что при изгибе широкой полосы напряжения σz на ее боковых поверхностях равно нулю, а по мере удаления от них имеются зоны, в которых напряжения σz изменяются от нуля до значений, определяемых формулами (132) и (133).

Приведенный анализ полей напряжений при изгибе широкой полосы был выполнен без учета влияния упрочнения металла, поэтому полученные зависимости справедливы для горячего деформирования. В условиях холодного деформирования упрочнение приводит к увеличению напряжения текучести, а следовательно и к увеличению напряжений, действующих в изгибаемой полосе.

Для отыскания поля напряжений при изгибе с упрочнением необходимо, чтобы была задана кривая упрочнения материала заготовки и, кроме того, было известно распределение деформаций по высоте. При этом делаются некоторые допущения, считая, что поворот сечений, перпендикулярных к срединной поверхности, происходит относительно точек, расположенных на нейтральной поверхности напряжений в конечный момент деформирования, пренебрегая зоной немонотонной деформации. Это равнозначно тому положению, что нейтральные слои напряжений и деформаций совпадают, т. е. рн = рд = рср.

Принимается также, что материал заготовки одинаково упрочняется при растяжении и сжатии, а по упрочняющему эффекту тангенциальная деформация при изгибе эквивалентна линейной деформации при растяжении или сжатии. При таких допущениях можно будет найти величины относительных линейных εθ и истинных или логарифмических е деформаций при изгибе в тангенциальном направлении.

Относительные тангенциальные линейные деформации растяжения для любого слоя, характеризуемого текущим радиусом р, определяются из зависимости

т. е. деформация волокон пропорциональна их расстоянию от нейтрального слоя и обратно пропорциональна радиусу его кривизны.

Наибольшие деформации будут иметь место на наружных поверхностях, как наиболее удаленных от нейтрального слоя, тогда (при рн = Рср = г + s/2)

Большие пластические деформации определяются истинными или логарифмическими деформациями по формуле

εθ = 1n(р/рн)                    (136)

Кривую упрочнения при изгибе можно аппроксимировать прямой линией или степенной зависимостью. В первом случае, уравнение прямой, аппроксимирующей кривую упрочнения в координатах напряжение-истинные (логарифмические) деформации, может быть записано в виде

где σт0 - экстраполированный предел текучести, равный σв (1 - 2φв)/(1 - φв)2; П - средний модуль упрочнения (тангенс угла наклона прямой к оси деформаций), равный σв/(1 - φв)2.

Условие пластичности (122) при подстановке в него напряжение текучести с учетом упрочнения (137) получит вид

   

В уравнениях (137) и (138) знак плюс перед квадратной скобкой и в скобках относится к зоне растяжения, где тангенциальная деформация положительная (р > рн), а знак минус - к зоне сжатия, где тангенциальная деформация отрицательная (р < рн).

Решая уравнение равновесия (121) совместно с условием пластичности (138) после интегрирования и отыскания значения произвольной постоянной интегрирования с использованием граничных условий, по которым для зоны тангенциального растяжения при р = R напряжение σр = 0, а для зоны тангенциального сжатия при р = r напряжение σр = 0, находим формулы, характеризующие распределение напряжений σр и σθ по толщине заготовки при гибке моментом с учетом упрочнения.

Для зоны растяжения:

для зоны сжатия:

Как видно, полученные формулы (139) - (142) переходят в формулы (125) - (128) при П = 0 (случай деформирования без учета упрочнения) с заменой σт0 на напряжение текучести σs.

Радиус нейтральной поверхности напряжений рн при деформировании с учетом упрочнения определяется по формуле (129), как и для случая деформирования без учета упрочнения.

Задача по отысканию поля напряжений с учетом упрочнения по степенной зависимости, как наиболее точной, решается аналогично, как и в случае линейной аппроксимации кривой упрочнения, о чем подробно рассматривается в работе [75].

На рис. 2 были приведены эпюры распределения напряжений σр и σθ по толщине заготовки при r/s > 5, когда влиянием напряжения σр можно пренебречь (линейное напряженное состояние) и при относительно малом отношении r/s (объемное напряженное состояние), как без учета, так и с учетом упрочнения. В последнем случае напряжения определяются по формулам (139) - (142).

Оглавление статьи Страницы статьи:  1  2  3  4  5  6  7  8  9 

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2014.01.28   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

17:12 Поковка сталь 4Х5МФС

08:51 Купим фторопласт Ф4, Ф4к20, стеклоткань, стеклолента, текстолит неликв

08:44 Закупаем прокат титана круг, проволоку, поковку, нихром остатки, с хра

08:34 Труба нержавеющая 57х4,0 ст12Х18Н10Т ГОСТ 9941-81

18:01 Предлагаем станок токарный ИТ-1М.

16:59 Вентиляторный завод приглашает к сотрудничеству

14:41 Дизельные электростанции АД 150-Т400-РГ

14:41 Сварочные агрегаты АДД 2х2502, АДД 2х2502 П, АДД 2х2502 ПВГ

13:27 Труба ТФ 89х7 НД-2-2-20 2У1

13:25 Сварочные агрегаты адд 4004, адд 4004 вг и др

НОВОСТИ

28 Марта 2017 17:10
Звучание неодимовых магнитов

22 Марта 2017 14:08
Необычные строения из алюминия в Японии (17 фото)

28 Марта 2017 17:18
Выпуск чугуна в странах СНГ в феврале упал на 2,9%

28 Марта 2017 16:15
Группа ”ЧТПЗ” объявляет финансовые результаты по итогам 2016 года в соответствии с МСФО

28 Марта 2017 15:15
Китайский экспорт толстолистовой стали в феврале упал на 14%

28 Марта 2017 14:13
”РУСАЛ” расширяет на ”КАЗе” производство продукции с добавленной стоимостью

28 Марта 2017 13:18
Южная Америка в феврале увеличила выплавку стали на 1,5%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Изделия для печного и термического оборудования из нержавейки

Производство разных типов нержавеющих листов и их применение

Котельные жаропрочные и коррозионностойкие марки сталей

Сертификация и таможенное оформление грузоперевозок

Шаровые краны - основные виды и особенности

Распространенные марки стали для химического оборудования - сравнение и особенности

Высоколегированные жаропрочные стали для печного оборудования

Изготовление зубчатых колес и деталей по чертежам

Металлический штакетник и металлические решетки

Покупка картриджей в Москве – выгодное решение актуального вопроса

Пищевое оборудование из нержавеющих сталей

Лист нержавеющий холоднокатанный AISI 310S

Нержавеющий холоднокатанный и другие виды листового проката по AISI

Эффективность технологии ультразвуковой очистки поверхностей

Фурнитура и комплектующие для откатных ворот

Лист нержавеющий 08Х18Т1 в строительных и декоративных конструкциях

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

Использование трубы нержавеющей 12Х18Н10Т в машиностроении и других остраслях

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Компания "РДМ" предлагает металлопрокат.

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2017 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.