ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Хрупкое разрушение сосудов и трубопроводов из "Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов Издание 3 " В связи с ростом габаритов и усложнением условий эксплуатации неоднократно отмечались хрупкие разрушения трубопроводов, сосудов давления, литых корпусов крупногабаритной арматуры и т. д. Конструкции, которые согласно классическим методам расчета должны были бы надежно работать, внезапно разрушались. На основании экспериментальных исследований и теоретического анализа потребовалось создать методики расчета инженерных конструкций на стойкость против хрупкого разрушения. [c.15] В котельной технике хрупкое разрушение барабанов, трубопроводов большого диаметра, сосудов, работающих под давлением, возможно в периоды гидравлических опрессовок. До настоящего времени проверка на стойкость к хрупкому разрушению котельного оборудования не проводится. Однако на аналогичном оборудовании атомных электростанций необходимость проведения такой оценки общепризнана. Проверку на стойкость против хрупкого разрушения проходят корпуса реакторов и парогенераторов, компенсаторы объема и пр. Целесообразно в практику инженерных расчетов барабанов, трубопроводов большого диаметра и сосудов давления, выполняемых из перлитных сталей, также ввести оценку стойкости конструкций против внезапного хрупкого разрушения. [c.15] За последние годы появился новый раздел в науке о прочности материалов и конструкций — механика разрушения [13, 14]. [c.15] Английским ученым Гриффитсом высказана идея о том, что трещина, существующая в твердом теле, получает лавинообразное развитие в случае, когда скорость освобождения энергии упругой деформации превосходит прирост поверхностной энергии трещины. [c.15] В дальнейшем для хрупких материалов установлена достаточно хорошая сходимость между теорией Гриффитса и экспериментом. Для пластичных материалов она не наблюдалась. Оказалось, что в достаточно пластичном материале работа, идущая на создание новой поверхности раздела, незначительна по сравнению с работой пластической деформации у вершины трещины. [c.15] Общие соображения об энергетическом подходе в механике разрушения оказались весьма полезными. [c.16] При разработке критериев оценки склонности сталей и сплавов к хрупкому разрушению наиболее плодотворной была идея Ирвина, предложившего оценивать вязкость металла по известным величинам напряжения и размеру трещины в критический момент нагружения, т. е. в тот момент, когда начинается неконтролируемое разрушение за счет упругой энергии, накопленной в механической системе испытательная машина — образец . [c.16] Приведенные выше формулы справедливы для упругого материала. В вершине трещины пластичного материала имеется зона, в которой распределение напряжений подчиняется иным законам. Чем меньше эта зона по отношению к размерам трещины, тем точнее уравнения описывают напряженное состояние образца с трещиной в целом. [c.16] По известным геометрическим размерам образца, по величине трещины и напряжению в неослабленном трещиной сечении экспериментально определяют критический коэффициент интенсивности напряжений Кс, который раньше считался константой материала. Однако в дальнейшем было установлено, что этот критерий зависит от толщины и ширины образца, а также от длины исходной трещины. [c.16] Критерий Ке вычисляют по известным из эксперимента критической длине трещины, при которой разрушение начинает развиваться лавинообразно, и разрушающему напряжению в неослабленном трещиной сечении образца. Определение критической длины трещины связано с методическими трудностями. Для ее определения обычно используют тензометрирование или применяют измерение электросопротивления. Оба метода непригодны для массовых промышленных испытаний, так как требуют сложной аппаратуры и весьма трудоемки. [c.17] Для оценки стойкости материала к, хрупкому разрушению чаще используется критерий Ки — коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской деформации при трехосном растяжении. Это важный технический прочностный критерий, дополняющий сведения о прочностных свойствах материала, получаемые при испытании на растяжение гладких образцов. Количественно критерий К с является той предельной величиной, к которой стремится Кс при увеличении размера образца. Крите-. N5, рий К]с называют критерием Ирвина. [c.17] Для надежного определения критерия должны использо-ваться образцы достаточно большой толщины, больше некото-рой минимально допусти.мой. Так как допустимая минимальная толщина заранее не известна и получить материал, достаточ-ный для надежного определения Л, ,., не всегда в силах экспериментатора, то возникают определенные трудности. [c.17] Кроме того, в реальной конструкции не всегда реализуются толщины, которые соответствовали бы условиям хрупкого разрушения, определенным по критерию Ирвина. При отбраковке материалов по критерию /С), в этом случае возможна перебра-ковка. Критерий К с зависит от температуры и скорости приложения нагрузки. [c.17] Разброс экспериментальных значений для данного материала может быть существенным. В инженерных расчетах и при оценке работоспособности материала следует ориентироваться на нижнюю границу доверительного интервала значений К],., а не на среднюю величину, что должно обеспечить надежность эксплуатации конструкции. [c.17] Величину бс необходимо определять на образцах с предварительно наведенной усталостной трещиной. Величина 6с характеризует свойства металла только исследованной толщины. Экспериментально критическое раскрытие трещины определяют путем точного измерения относительно смещения Дс двух удобных для измерения точек образца, расположенных на противоположных краях трещины. [c.18] По известной величине Ас определяют истинное раскрытие трещины в ее вершине бс, которое и характеризует стойкость материала против хрупкого разрушения. [c.18] Прямое использование критерия Ки или бс в инженерных расчетах пока затруднительно. Поэтому часто используют понятие температуры перехода в хрупкое состояние. Для материала необходимо определить критическую температуру хрупкости материала, при которой считается, что материал переходит в хрупкое состояние. Для этого выполняют серию испытаний на ударную вязкость образцов с треугольным надрезом (угол раскрытия надреза 45°, радиус скругления в вершине надреза 0,25 мм). Испытания проводят при нескольких температурах, захватывая интервал выше и ниже критической температуры хрупкости. [c.18] За критическую температуру хрупкости материала принимают наибольшую из двух (первая — температура, при которой доля волокнистого излома составляет 50% всей поверхности излома вторая — температура, при которой ударная вязкость составляет 60 Дж/ м ). Температура гидравлического испытания должна быть на 30° выше температуры перехода в хрупкое состояние. [c.18] Вернуться к основной статье