ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пути повышения живучести конструкций из "Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках (БР) " Многие элементы инженерных конструкций допускают наличие начальных или возникновение в них усталостных трещин, с которыми они могут продолжать нормально функционировать еще значительное время. Обеспечение требуемой в таких случаях трещиностой кости (живучести) конструкций при переменных внешних воздействиях достигается тремя способами 1 — подбором соответствующих материалов, 2 — специальными конструкторскими решениями, 3 — технологическими мероприятиями при изготовлении и (или) ремонте конструкции. В некоторых случаях для продления работоспособности конструкций при появлении в них усталостных трещин целесообразно снизить уровень возникающих в них нагрузок за счет некоторого уменьшения про- изводительности, скорости движения, грузоподъемности и других выходных параметров. Рассмотрим в отдельности каждый из возможных путей повышения живучести конструкций. [c.60] Выбор материалов. Использование при изготовлении конструкций высокопрочных материалов часто не приводит к ожидаемому повышению их живучести. Такие материалы имеют невысокую трещиностойкость, а появившиеся в них трещины быстро приводят к их полному разрушению. Пластичные материалы с относительно невысокими прочностными характеристиками часто бывают более трещиностойкими появившиеся в них трещины развиваются медленно. Применение таких материалов особенно целесообразно в статически неопределимых системах (например, в рамах транспортных машин), разрушение отдельных элементов которых не означает полного разрушения конструкции Б целом. На рис. 7.1 приведены корреляционные зависимости вязкости разрушения К с от предела текучести Стт, которые подтверждают правильность вывода о том, что повышение прочностных характеристик материалов еще не гарантирует одновременного повышения их трещиностойкости. Исключение из этого правила композиционные материалы с вязкой матрицей, в которых удается сочетать высокую статическую прочность и высокую трещиностойкость. [c.60] В настоящее время почти не имеется достаточно надежных экспериментальных данных о параметрах трещиностойкости материалов, особенно с соответствующими статистическими оценками рассеяния значений этих параметров. В этих условиях полезными являются эмпирические корреляционные соотношения между характеристиками трещиностойкости и другими механическими характеристиками материалов пределом текучести, ударной вязкостью, относительными удлинениями и сужениями и т, п. Особенно тесная корреляция обнаруживается между вязкостью разрушения и ударной вязкостью чем больше ударная вязкость, тем больше и вязкость разрушения Ki - Схематично эта зависимость показана на рис. 7.2. [c.61] Конструкционное торможение трещин. Принципы, положенные в основу создания конструкций с повышенным сопротивлением усталости, обеспечивают одновременно с этим и повышение трещиностойкости конструкции. Вместе с тем конструкторские решения задачи о повышении живучести имеют и некоторые особенности. о относится к методам предотвращения быстрого разрушения после появления усталостных трещин. Эти методы направлены на торможений развивающихся трещин. В частности, для этого могут быть использованы системы остановочных и разгружающих отверстий, а также применены подкрепления в виде ребер жесткости. [c.62] В результате в основной конструкции появляются сжимающие силы, пропорциональные жесткости установленных пластин. Таким образом снижается интенсивность напряжений в зоне трещины и понижается или становится равной нулю скорость ее развития. Установленные пластины продолжают эффективно функционировать даже в том случае, когда трещина прорастет за их пределы. В этом случае их эффективность постепенно снижается. Сочетание стопорных отверстий и ребер жесткости показано на рис. 7.6. [c.63] Эффективным средством повышения живучести конструкций может также стать повышение степени их статической неопределимости и использование систем с резервированием элементов. Желаемый эффект достигается в этом случае за счет того, что при появлении трещин в таких конструкциях происходит заметное перераспределение сил в ее элементах. Причем в элементах с трещинами силы уменьшаются, а в элементах без трещин они возрастают. В результате скорость развития появившихся трещин уменьшается и рост трещин может вообще прекратиться. В этом случае можно говорить о приспособляемости конструкции к появлению в ней трещин. [c.63] Из приведенных соотношений следует, что при появлении трещины в первом стержне сила уменьшится, а во втором — возрастет. Снижение жесткости стержня при появлении в нем трещины происходит тем заметнее, чем меньше будет его длина. Это объясняется тем, что в коротком стержне относительный объем металла, исключаемый из работы при появлении трещины, будет большим, чем соответствующий объем металла в более длинном стержне. Абсолютные объемы исключаемого из работы металла в обоих случаях будут равны. На рис. 7.7 эти объемы заштрихованы. Таким образом, в конструкции б перераспределение сил между стержнями будет происходить менее заметно, чем в конструкции а. Приспособляемость к трещинам конструкции а выше, чем конструкции б. [c.64] Технологические мероприятия. Влияние технологических факторов изготовления на сопротивление усталости конструкций достаточно хорошо изучено [21]. Особенно эффективными оказались мероприятия, направленные на создание благоприятного распределения остаточных напряжений. Менее изученным является влияние этих факторов на живучесть элементов конструкций для случаев, когда трещины в них уже появились. В этих случаях происходит существенное перераспределение полей остаточных напряжений, к наведению которых обычно стремятся при создании конструкции. Учесть эти изменения при расчете конструкции на этапе проектирования затруднительно. Так, в статически неопределимых системах важно предусмотреть возможность разрушения отдельных ее элементов, при которых конструкция в целом продолжала бы нормально функционировать. [c.64] Наведение полей остаточных сжимающих напряжений для пластин и оболочек становится целесообразным после появления в них усталостных трещин. Эти напряжения могут быть созданы путем единичного перенагружения конструкции или при местном пластическом обжатии концов трещины шаровыми штампами по типу проб Бринелля. [c.64] Повышение трещиностойкости материалов достигается также технологическими мероприятиями, направленными на уменьшение размера кристаллических зерен путем изменения содержания примесей, которые являются центрами кристаллизации, а также путем регулирования температуры остывания. На рис. 7.8 схематично показана зависимость вязкости разрушения / i от размера зерна. [c.65] В последнее время с целью повышения живучести элементов конструкций из углеродистой стали начинают использоваться различные химические и физические методы воздействия на металл в устье трещины. В результате таких воздействий удается существенно изменить его химический состав и физические свойства. К первому из этих методов относится метод карбонитрации, при котором деталь с трещиной на некоторое время погружается в ванну с цианидом, в которой происходит ряд химических превращении в устье трещины. В результате прочностные возможности детали восстанавливаются и могут быть даже повышены в сравнении с исходными. К физическим методам воздействий относится местный разогрев устья трещины лучом промышленного лазера на СОа. В результате такой обработки происходит закалка стали в устье трещины, обусловленная интенсивным отводом тепла в тело детали. Таким образом удается, например, повысить пороговое значение КИН Кхь почти в 2 раза [24]. [c.65] Вернуться к основной статье