CC BY
43. Казенное предприятие Республики Саха (Якутия) «Дороги Арктики». URL: Ы^://дорогиарктики.рф/аЬоШ;
4. Лукашук, О.А. Машины для разработки грунтов. Проектирование и расчет: учебное пособие. Екатеринбург: Урал. ун-т, 2018. 128 с.
5. Эксплуатация и выбор ножей (режущих кромок) отвала. Советы экспертов. https://exkavator.ru/main/news/inf_news/143062_ekspluatatsiya_i_vibor_nogey_regushchih_kromok_o tval a_soveti_ekspertov.html
6. Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 549 с.
7. Повышение прочности сварных соединений конструкций для Севера / Слепцов О.И., Михайлов В.Е., Петушков В.Г. и др. Новосибирск: Наука, 1989. 202 с.
8. Слепцов О. И., Слепцов Г.Н. Разработка математической модели расчета тепловых процессов при сварке с подогревом стальных листов // В книге: Актуальные вопросы теплофизики, энергетики и гидрогазодинамики в условиях Арктики. Тезисы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 85-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ и ЯАССР, д. т. н., профессора Э. А. Бондарева. Киров, 2021. С. 284-285
DOI: 10.24412/cl -37269-2024-1-125-127
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ КВАЗИКЛАССИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕНИЙ РАЗРЫВА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ОБРАЗЦОВ
Степанов В.Е.1, Степанова К.В.1, Ноев И.И.1, 2
1 ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, г. Якутск
2 ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»,
г. Якутск
Показано, что замена одного цилиндра на две равновеликих по объему цилиндра приводит к увеличению силы сопротивления образования шейки в 1,4раза. Разработан первый этап геометрических методов оценки напряжений поперечных сечений цилиндрических образцов. Использован принцип отвердевания Тимошенко к числовым оценкам прочности цилиндров. Этот принцип позволяет использовать для анализа процесса разрыва цилиндра два воображаемых сечения образца, которые сопротивляются его растяжению.
Испытания образцов на разрывных машинах дают реальную картину разрушения материалов в динамике образования шейки и последующего разрыва. Целью работы является разработка геометрических методов оценки напряжений поперечных сечений цилиндрических образцов. Использован сформулированный Тимошенко Степаном Прокофьевичем принцип отвердевания: «Равновесное состояние деформированного упругого тела эквивалентно состоянию абсолютно твердого тела» [1]. Этот принцип позволяет вычислять результирующие моменты сил по различным сечениям твердого тела, которые обеспечивают состояние равновесия тела в результате действия сил реакции и приложенных внешних сил. Металлы, как и любые твердые тела, образованы из атомов, молекул и кристаллов в условиях равновесия двух сил: сил электрического притяжения соседних атомов и молекул и сил отталкивания, обусловленных их квантовыми волновыми свойствами. При этом силы притяжения соседних молекул имеют отрицательные численные значения энергий электрического взаимодействия, но при достаточном приближении молекул друг к другу вступают в игру большие силы квантового отталкивания. В результате каждая молекула оказывается на дне потенциальной ямы, и все такие молекулы образуют кристаллы и твердые тела [2]. Такие не совсем правильные с точки
квантовомеханических представлений модельные представления позволяют объяснить строение кристаллов. Но эта модельная картина строения твердых тел очень похожа на теорию одиночного атома, состоящего из отрицательно заряженного электрона и положительно заряженного ядра. Не удовлетворяющая требованиям строгой физической теории квазиклассическая теория атома Нильса Бора удивительно точно предсказала экспериментально наблюдаемые спектральные серии атома водорода [3]. По теории Бора на атомных орбитах укладывается целое число электронных волн, таким образом возникают дискретные уровни энергий излучения электрона при переходах с одной орбиты на другую. Когда электрон и протон с разноименными зарядами приближаются друг к другу, то их отрицательная энергия взаимодействия неограниченно возрастает, но при этом положительная разница энергий превращается в положительную кинетическую энергию движущегося электрона. В итоге сумма положительных кинетических энергий электрона и протона и отрицательной энергии их взаимодействия является постоянной и определяет по формуле Эйнштейна полную массу покоя атома водорода. В духе корпускулярно-волнового дуализма можно себе представить электрон, существующий в виде сферически симметричного электронного облака в основном состоянии (К - оболочка), но тогда придется ввести силу квантового волнового отталкивания электрона от положительно заряженного ядра. Эта модельная картина применима к твердому телу. Если тело разрежем мысленно на две половины, по мы получим два сечения, которые на самом деле состоят из атомов, эти атомы поляризованы и их силы притяжения образуют силу притяжения двух сечений. Эта сила должна быть уравновешена силой квантового волнового отталкивания атомов, которое быстро преобладает над силой электрического притяжения молекул, образующих два сечения твердого тела. Такое модельное объяснение механизма образования твердого тела с конечными большими размерами имеется, по сути, у А.П. Гуляева [2]. Наша модель отличается от его представлений только тем, что мы считаем уместным использовать для полной массы системы релятивистскую формулу Эйнштейна связи массы с полной энергией тела.
Применим эти модельные представления для описания явления растяжения цилиндрического металлического образца на разрывной машине типа «Инстрон 1175». При статическом растяжении цилиндрического образца сначала происходит упругое растяжение по линейному закону Гука, затем начинается образование «шейки» на месте будущего разрыва цилиндра [1, 2]. Рассмотрим два соседних сечения на месте этого будущего разрыва осесимметричного цилиндра. Внешняя сила будет совершать положительную работу, равную интегралу от произведения силы притяжения двух сечений на их перемещение в сторону увеличения расстояний. При этом их энергия взаимодействия уменьшается по абсолютной величине, а положительная работа внешних сил превратится в тепловую энергию места разрыва. Такой локальный нагрев образца при разрыве наблюдается на эксперименте.
Применим принцип отвердевания Тимошенко к числовым оценкам прочности цилиндров. Этот принцип позволяет использовать для анализа процесса разрыва цилиндра два воображаемых сечения образца, которые сопротивляются его растяжению.
Тут лучше всего рассмотреть числовой пример, цилиндр высотой в 130 мм и диаметром в 13 мм. Площадь поперечного сечения цилиндра равна
Б = пг2 = 132,665 мм2 . (1)
Длина окружности сечения, где образуется шейка, равна
Ь = 2т = 40,82 мм. (2)
Сила сопротивления образованию шейки пропорционально длине шейки
F = к Ь . (3)
Объем цилиндра равен
V = 17246,45 мм3 . (4)
Теперь заменим наш цилиндр на два цилиндра той же высоты, но с одинаковым суммарным объемом. Сумма длины шеек увеличится, также увеличится их сила сопротивления растяжению. Сила сопротивления разрыву двух цилиндров оказалась большей 1,4 раза по сравнению с одним цилиндром.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФТПС СО РАН, шифр проекта FRWS-2024-0034, номер государственной регистрации 1023031300029-4-2.3.1.
Литература
1. Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов: учебник для вузов. 2-е изд., стер. СПб.: Издательство «Лань», 2002. 672 с.
2. Гуляев А.П. Металловедение: учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
3. Матвеев А.Н. Атомная физика: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Высш. шк., 1989. 439 с.
DOI: 10.24412М -37269-2024-1-127-129
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ НИЗКОЛЕГИРОВАННОГО МЕТАЛЛА ШВА ПОД ВЛИЯНИЕМ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ С РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Степанова К.В., Степанов В.Е., Слепцов О.И., Слепцов Г.Н., Петров П.П.,
Эверстов ММ.
ФИЦ «Якутский научный центр» СО РАН
обособленное подразделение Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск
В статье приведены результаты исследований микроструктуры и механических свойств металла шва, модифицированного природным концентратом редкоземельных элементов из Томторского редкометалльного месторождения. Доказано, что применение комплексной модифицирующей добавки без дорогостоящего обогащения при производстве сварочных электродов способствует получению сварного соединения с повышенными механическими свойствами.
Способы микролегирования сварочной ванны соединениями редких и редкоземельных элементов (РЭ и РЗЭ) известны еще с 70-80 годов [1, 2] и до настоящего времени вопрос влияния РЗЭ на сварное соединение как на комплексную систему, состоящую из самого шва, участка сплавления и зоны термического влияния, изучен крайне мало. В сварочном производстве, в основном, используют обогащенные соединенные иттрия, церия, лантана. Как показывает практика, природные комплексные руды без дополнительного обогащения не добавляются в сварочную ванну в роли модификаторов. В работе Ларионова В.П. [3] приведены результаты оценки применимости слабомагнитных фракций шлиховых концентратов золотоносных песков Алданского щита, содержащих РЗЭ и РЭ в качестве минерального сырья для изготовления покрытий электродов УОНИ и АНО-32. Показано, что изготовленные электроды соответствуют техническим условиям, а также существенно снижают температуру кристаллизации металла сварного шва.
В настоящей работе исследованы микроструктура и механические свойства сварного соединения, модифицированного природным концентратом редкоземельных элементов из Томторского редкометального месторождения, расположенного на северо-западе Республики Саха (Якутия). Изготовлены опытные сварочные электроды диаметрами 3 мм и 4 мм на основе покрытых электродов УОНИ 13/55. Доля комплексной модифицирующей добавки, содержащей лантан, церий, неодим, празеодим и ниобий, в шихте составляет 5% от общей массы обмазки, где доля редкоземельных элементов в шихте электрода составляет 0,26%. Получены сварные соединения из пластин стали марки 09Г2С толщиной 10 мм. Проведены испытания металла шва с РЗЭ по ГОСТ 9466-75 и ГОСТ 6696-66 (таблица).
