ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Процессы нагружения и разрушения в условиях эксплуатации из "Машиностроение Энциклопедия Т IV-3 " Увеличение размеров конструкций (толщин стенок S до 500 мм у атомных и химических реакторов, до 70 мм у надводных судов, до 150 мм у корпусов турбин, до 100 мм у глубоководных аппаратов), широкое применение сварки, использование (особенно в ракетной и авиационной технике) высокопрочных материалов пониженной пластичности, интенсивное развитие криогенной техники, промышленное строительство в районах Сибири и Крайнего Севера с низкими климатическими температурами выдвинули задачу расчетов прочности и надежности конструкций в связи с возникновением хрупких состояний. Решение этой задачи потребовало разработки методов определения предельных нагрузок и критических температур с учетом основных конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. Существенное значение при этом имеет создание основ и широкое экспериментальное исследование в области линейной и нелинейной механики разрушения, а также распространение законов механики однократного разрушения на анализ процессов циклического разрушения. [c.67] Необходимость совместного рассмотрения вопросов надежности при малоцикловом нагружении и в хрупких состояниях основана на тех наблюдениях за разрушениями конструкций в эксплуатации, когда трещины от предварительного циклического повреждения на определенной стадии развития переходили в хрупкие, вызывая наиболее тяжелые аварии на объектах. [c.67] Ниже дается характеристика условий работы ряда конструкций и причин их разрушения, показывающая важность не только раздельного обоснования сопротивления циклическому и хрупкому разрушению, но и учета влияния накопления циклических повреждений на возникновение хрупких состояний. [c.67] Для большого числа машин и конструкций теплового и атомного энергетического машиностроения, авиационной и ракетно-космической техники, транспортного и металлургического машиностроения характерно действие механических и тепловых эксплуатационных нагрузок в широком интервале повышенных и высоких температур (от 150 до 1500 С и выше). Эти температуры и нагрузки в процессе эксплуатации при длительных их воздействиях вызывают образование деформаций ползучести и накопление длительных статических повреждений. [c.68] В авиационном и энергетическом машиностроении выполнен значительный объем экспериментальных и расчетных работ по установлению закономерностей длительного статического деформирования и разрушения, а также по исследованию реальной эксплуатационной нагруженности. Включение в эти исследования статистической информации позволило перейти от классических расчетов на ползучесть и длительную прочность к расчетам надежности. [c.68] Дальнейшие исследования прочности при длительном статическом и циклическом нагружении осуществляются в двух основных направлениях сопротивление длительному циклическому нагружению с учетом циклических упругопластических деформаций и деформаций ползучести и релаксации и кинетика трешин статического и циклического нагружения при повышенных температурах. [c.68] Изучение процессов повреждения и разрушения оказалось наиболее эффективным с позиций механики разрушения. В ряде случаев полученные закономерности возникновения и роста трешин использовали для оценки надежности и прочности сосудов давления, трубопроводов, дисков, лопаток турбин, имеющих начальные дефекты. [c.68] Полученные результаты исследований по механике разрушения отражены в ряде нормативных материалов по проектированию сосудов давления для атомной энергетики, строительных металлических конструкций и дорожных машин северного исполнения , а также по стандартизации испытаний материалов на прочность в хрупких состояниях. [c.68] Дальнейшие работы в области прочности и надежности по критериям сопротивления вязкому и хрупкому разрушению направлены на создание инженерных методов количественной оценки вероятностей разрушения для конструкций, имеющих исходную дефектность, сварные соединения и изготавливаемых из сталей повышенной пластичности. Некоторые из достигнутых результатов этого направления использованы в энергетическом и химическом машиностроении при расчетном определении несущей способности сосу-дов, нагружаемых в эксплуатации внутренним давлением. [c.68] ЛИЯМИ и внутренним давлением труб, нагружении центробежными силами дисков. Точные аналитические решения для зон концентрации напряжений получены пока при осесимметричном нагружении пластин или дисков с отверстием. [c.69] Для других случаев концентрации напряжений используются в основном приближенные способы, основанные на применении соответствующих кинематических гипотез или численных методов (метод уттругих решений, конечно-элементный метод, метод интегральных уравнений и др.). Однако указанные способы применяют в основном в исследовательских, а не инженерных целях, поскольку решение многих задач для различных режимов эксплуатации в случае статического, и особенно циклического нагружения конструкций требует значительного машинного времени и большого объема исходной информации. Получаемые при этом результаты примени.мы для конкретных конструкций, материала и уровня нагрузок. Практика инженерных расчетов базируется в основном на применении задач теорий упругости пластин, оболочек и стержней или на использовании результатов прямого экспериментального изучения местных напряжений и деформаций. Последнее, как известно, применяется для весьма ответственных машин и конструкций в силу сложности и трудоемкости экспериментов по анализу процессов эксплуатационного нагружения. [c.69] Повышение эксплуатационных нагрузок и снижение запасов прочности приводят к тому, что расчеты прочности и надежности по критериям сопротивления длительному и циклическому разрушению должны осуществляться не только в напряжениях, как это традиционно имело место, а в деформациях. Это связано с тем, что в неупругой области небольшим изменениям номинальных напряжений соответствуют еще меньшие изменения максимальных напряжений в перенапрягаемых зонах и существенные изменения местных деформаций. Поэтому для случаев однократного и малоциклового нагружения в упругопластической области необходима разработка методов кинетики местных дефор.маций и деформационных критериев разрушения. [c.69] Оценка сопротивления машин и конструкций хрупкому разрушению, базирующаяся на силовых и энергетических критериях линейной механики разрушения, оказалась возможной для несущих элементов, изготавливаемых из материалов повышенной прочности и низкой пластичности (низколегированные высокопрочные закаленные и низкоотпущенные стали для авиационных и ракетных конструкций, упрочненные алюминиевые и титановые сплавы для авиационных, судовых и энергетических конструкций). В этом случае номинальные разрушающие напряжения в ослабленных сечениях не превышают предела текучести конструкционного материала, который обычно составляет 0,90-0,95 предела прочности. [c.69] Результаты исследования эксплуатационного нагружения, закономерностей деформирования и критериев разрушения рассматриваются как основа инженерных методов определения прочности, ресурса и надежности тех машин, предельные состояния которых зависят от условий эксплуатации. [c.70] Вернуться к основной статье