ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ И ЕГО ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ Джозеф И. Блюм Общие замечания из "Разрушение Том5 Расчет конструкций на хрупкую прочность " В первой главе этого тома Хрупкое разрушение и его предотвращение Д. И. Блюм показал, что не поддающиеся анализу ошибки при проектировании или выборе материалов могут привести к началу быстрого разрушения. Чтобы избежать катастрофических последствий этого разрушения, в высшей степени необходимо создать условия остановки трещины до того, как произойдет мгновенное разрушение. [c.6] В книге описан ряд способов остановки трещины. Некоторые из них недостаточно изучены и приведены без обоснований, другие подтверждены результатами, по крайней мере, лабораторных исследований. [c.7] В разделе, посвященном вопросам использования материалов, описаны методы контроля чувствительности материала к скорости нагружения применение биметаллов, обладающих способностью останавливать трещины процессы, вызывающие возникновение губ среза и т. д. [c.7] Применение элементов жесткости из материала с высокой вязкостью, привариваемых или приклепываемых к плоским или криволинейным листовым конструкциям, а также контроль остаточных напряжений — это способы остановки трещин, основанные на конструктивных решениях. Применение многослойных конструкций или барьерных швов также может быть эффективным способом остановки трещины, когда другими способами невозможно повысить сопротивление хрупкому разрушению. [c.7] Рассмотрены также методы оценки материала по его способности останавливать трещину, и показаны образцы, которые позволяют оценивать их способность регистрировать остановку трещины. [c.7] Описана группа образцов небольших размеров, испытываемых при постоянной температуре, в том числе образцы с одним надрезом и консольные балки. Ко второй группе относятся образцы больших размеров с более высокими скоростями распространения трещин. Обычно все образцы предварительно нагружают и подвергают воздействию либо постоянной температуры по всему сечению, либо перепаду температур. Следует отметить образцы ЭССО и Робертсона, при испытании которых можно достаточно точно зафиксировать критическую температуру. [c.7] Во второй главе Юкава и его коллеги обращаются к экспериментальным и аналитическим исследованиям хрупкого разрушения крупных вращающихся деталей и предлагают методику их расчета. В основу их методики положен учет влияния напряженного и деформированного состояния отдельных участков на поведение материалов с дефектами. Они приходят к выводу, что для полного понимания процесса инициирования и распространения трещин необходимо проводить дальнейшие исследования факторов, влияющих на хрупкое разрушение, и их взаимосвязи. [c.7] В главе также рассмотрены аспекты предварительного нагружения сосудов повышенным давлением, позволяюш ие благоприятно воздействовать на некоторые дефекты. [c.8] Четвертая глава посвяш ена вопросам выбора материала для крупных стальных конструкций. Авторы этой главы Р. Николс и А. Коуэн отмечают, что все реальные конструкции содержат концентраторы напряжений, создаваемые либо самой конструкцией, либо имеюш имися технологическими дефектами. Дефекты могут возникать или увеличиваться в процессе эксплуатации конструкции в результате ползучести или усталости материала. Таким образом, разрушение может произойти под действием напряжений, значение которых ниже допускаемых. Таким образом, важным критерием разрушения является критическое напряжение, при котором в месте концентрации напряжений возникает трещина и затем она распространяется. [c.8] Установлено, что это разрушающее напряжение уменьшается с увеличением размеров и опасности дефекта, а также с уменьшением вязкости материала. Хрупкое разрушение стали является особым случаем в связи с тем, что с уменьшением температуры резко уменьшается вязкость разрушения. Сопротивления такому разрушению можно повысить за счет устранения концентраторов напряжений, расположения сварных швов на определенном расстоянии от мест концентрации напряжений, а также за счет получения бездефектных сварных швов. Тем не менее основным способом предотвращения хрупкого разрушения является выбор соответствующих материалов для конструкции. Материал следует выбирать с таким расчетом, чтобы его ударная вязкость, определяемая на образцах с надрезом, могла гарантировать целостность конструкции при допускаемых напряжениях с учетом наличия дефекта максимального размера. Однако в этом случае не может быть однозначного ответа, так как невозможно точно определить максимально возможный размер дефекта. Поэтому для стационарных конструкций существуют различные стандарты, в которых установлены (для различных классов сосудов) соотношения между вероятностью разрушения и стоимостью определения и уменьшения вероятности наличия дефектов, превышающих допустимые размеры. [c.8] Наиболее эффективным средством борьбы с хрупкими разру-шениями материалов средней прочности долгое время считали повышение их вязкости. Суш ествуюш ие методики проектирования рассчитаны на применение вязких материалов и критериев, пригодных именно для таких материалов (или состояний). Хрупкость материала обычно устранялась путем изменения технологии его изготовления или обработки. Заданная вязкость гарантировалась контрольными испытаниями, например ударными испытаниями по Шарпи, которые позволяют обнаруживать охрупчивание в процессе обработки материала. [c.9] Современные тенденции, направленные на использование высокопрочных материалов с целью удовлетворения таким требованиям, как минимальный вес, возможность транспортировки по воздуху и высокая маневренность орудия, привели к появлению более сложных методик расчета и эффективных критериев оценки вязкости материалов. [c.9] Конструкторы оружия должны знать особенности разрушения менее вязких материалов и использовать современные методы анализа напряжений и лроцесса разрушения, чтобы точнее контролировать факторы, влияюш ие на разрушение. Стандартные требования, предъявляемые к работе конструкции в жестких условиях полевых испытаний, по-прежнему имеют важное значение хотя стоимость этих испытаний повышается из-за усложнения конструкции оружейных систем. Современные методы проектирования основаны на тщательном предварительном изучении конструкции и лабораторных испытаниях моделей различной степени сложности до начала полевых испытаний прототипа. [c.9] Адачи подчеркивает, что современный конструктор использует все знания в области разрушения помимо собственного опыта, связанного с определенным видом оружия. Большинство практических проблем артиллерийского вооружения связаны с такими факторами, как, например, остаточные напряжения, долговечность и упругопластичное поведение материала. Поэтому последние достижения механики линейно-упругого разрушения используются лишь в качестве руководства для предварительного выбора геометрических параметров или изменения конструкции на ранних стадиях проектирования. Испытания на выносливость остаются основным критерием для определения долговечности. [c.9] Современные тенденции в проектировании характеризуются широким применением положений механики линейно-упругого разрушения и упругопластического анализа в сочетании с соответству-юш ими эмпирическими критериями разрушения или теориями накопления повреждения. Задача состоит в том, чтобы создать более совершенные методы проектирования для решения проблем разрушения артиллерийского вооружения. [c.10] В шестой главе Д. М. Бойд касается истории появления и развития проблемы хрупкого разрушения судов. Он делает обзор проведенных исследований и дает рекомендации по предотвраш е-нию хрупкого разрушения, которые легли в основу проектирования судов, включая требования к свойствам стали. [c.10] Автор анализирует эмпирические решения, позволяюш ие значительно снизить количество случаев хрупкого разрушения судов. Однако полного понимания в некоторых вопросах еш е не достигнуто. Наиболее важной проблемой, требуюш ей настоятельного решения, является установление критериев оценки подверженности конструкции хрупкому разрушению в процессе эксплуатации. Для этого необходимо определить зависимости между характеристиками поведения конструкции при лабораторных испытаниях и эксплуатации. Кроме того, следует исследовать значение дефектов и некоторых технологических процессов, например снятия остаточных напряжений и гидравлических испытаний. [c.10] Том заканчивается главой, написанной П. Куном, в которой он рассматривает опыт эксплуатации летательных аппаратов и делает вывод о том, что необходимо учитывать влияние на прочность трещ ин, возникающ их в процессе эксплуатации. В главе описан метод, который позволяет определить сопротивление материала хрупкому разрушению при наличии в нем треш ин и рассчитать простую деталь на хрупкую прочность. Автор указывает пути развития этого метода. [c.10] Поводом для написания настоящей статьи послужило предположение, что не поддающиеся анализу ошибки, допускаемые в процессе проектирования или при выборе материала, могут привести к возникновению хрупкого разрушения. Во избежание катастрофических последствий этого в высшей степени желательно создать средства предотвращения хрупкого разрушения, которые бы приостановили развитие трещины, до того как произойдет авария. [c.12] Рекомендуются два основных подхода к решению этой проблемы один основывается на использовании свойств материала, другой — на комбинированном применении новых конструктивных решений. В первом случае предполагается создание и использование материалов, благодаря сопротивлению хрупкому разрушению которых можно остановить трещину. Во втором случае предусматривается понижение напряжения в конце трещины за счет геометрии конструкции. [c.12] Вернуться к основной статье