ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы выявления возможных типов разрушений и отказов натурных деталей в эксплуатации из "Сопротивление материаловИздание 2 " Расчеты на прочность деталей мапщн и элементов конструкций при статическом или динамическом нагружении с позиций сопротивления материалов основаны на использовании допускаемых напряжений. Определяются они по механическим характеристикам материалов, полученным при испытании на растяжение до разрушения стандартных гладких образцов с записью диаграммы растяжения ( 1.10). [c.188] Метод допускаемых напряжений оценивает прочность по единственной самой опасной точке. Если теперь оценить не допускаемую, а разрушающую нагрузку для целых (без трещин) деталей, то в условиях прочности заменяют [ т] на 5, где 5, — истинное сопротивление разрыву, или на предел прочности т. [c.188] Так как в процессе разрушения нарушаются основные гипотезы сопротивления материалов, в частности после появления трещин — гипотеза сплошности, то такой расчет не может дать надежных оценок предельной прочности деталей. В последние полвека быстро развивается новое направление в науке о прочности — механика разрушения. [c.188] Механика разрушения — это наука о предельных состояниях материала, о разрушениях деталей машин и конструкций, о неустойчивых режимах их работы, ради оценки которых делается все остальное изучаются механические свойства и режимы термообработки, выбираются расчетные схемы, анализируются напряженные состояния, изучаются нагрузки, оценивается деградация прочностных свойств материала. В механике разрушения рассматриваются разрушения с разделением детали на части, т. е. разрушения, связанные с появлением трещин. Здесь мы в первую очередь остановимся на самых опасных хрупких разрушениях, происходящих при нагрузках меньших допускаемых. [c.188] Несколько позднее в работах Н. И. Мусхелишвили, Н. М. Ве-стергарда, И. Н. Снеддона, Н. А. Эллиота по математической теории упругости было продолжено теоретическое исследование области контактных задач и теории трепдин в упругих средах. Была решена задача об изолированных трещинах в бесконечных телах, определен характер распределения напряжений вблизи края трещин, выполнен анализ упругой энергии тела с трещиной. [c.189] Наличие большого числа трещин в деталях отчетливо доказывает недостаточность классических расчетов по упругому и пластическому состоянию, ограниченность оценок на основании привычных характеристик прочности — предела текучести, предела прочности, истинного сопротивления разрыву 5, и необходимость введения в расчеты новых характеристик разрушения. Работами последнего времени твердо установлено, что нагрузка (сопротивление тела) обычно продолжает возрастать и после обнаружения ранних трещин, и процесс развития трещины занимает часто больше половины общего времени работы детали до разрушения. Схематически это показано на рис. 9.1. Это соотношение меняется в зависимости от особенностей материала и детали. Следовательно, детали в эксплуатации могут работать и работают с трещинами, что весьма опасно, так как разрушающая нагрузка для них намного меньше допускаемой, определяемой по условию прочности сопромата ДЛЯ тел без трепщн. [c.190] В практических расчетах исходят из того, что, во-первых, для крупных деталей невозможно гарантировать выявление всех возможных дефектов и концентраторов обычными методами контроля, поэтому считается возможным наличие исходных и образование новых трещин. В этом случае надежность определяется поддержанием условий нераспространения трещин и дефектов. [c.190] Кроме того, механика разрушения дает методы расчета долговечности на этапе развития трещины — живучести и ставит задачу оценки материала по способнсти сопротивляться развитию в нем трещины, что улучшает выбор стали для конструкций, в которых могут возникать или существуют трещины. В задачи механики разрушения входит также установление причин и характера разрушений, т. е. фрактографическое исследование разрушений. Возникает также необходимость наметить и изучить пределы допустимости разрушений, разграничить трещины и дефекты на недопустимые (опасные) и допустимые (безопасные) и, может быть, допустить сознательно в некоторых случаях работу изделий с трещинами. Но основной задачей является разработка методов расчета на прочность деталей с трещинами. [c.191] И деформаций в вершине трещины могут быть получены на основе решения соответствующей краевой задачи теории упругости [1]. [c.192] Как указано в работе [1], ...одной из важнейших особенностей при расчетах на прочность элементов конструкций и сооружений с трещинами явился учет возникающего перераспределения напряжения в результате образования щелей и трещин под действием внешней нагрузки . [c.192] Это асимптотические выражения полей напряжений в окрестности кончика трещины для первого вида деформации, характеризуемого К1. [c.193] Новую характеристику материала с трещиной К можно получить из (9.3), предварительно определив из опыта на известном расстоянии г от вершины трещины. Однако это весьма сложная задача. [c.194] Различают несколько видов деформаций (иначе типов распространения трещины (рис. 9.4 [1]) I — нормальный отрыв, трещина разрыва II — продольный плоский сдвиг, трещина сдвига III — поперечный антиплоский сдвиг, трещина типа срез . Каждому типу деформаций соответствует свой коэффициент интенсивности напряжений i, Хл, Кщ. Наиболее опасным является нормальный отрыв, поэтому рассмотрим только этот случай, описываемый с помощью Kj. [c.194] Точное решение задачи по определению аналитического выражения Kip (левая часть условия прочности) для реальных деталей весьма затруднительно (решается она методами теории упругости с использованием математического аппарата комплексных переменных). Поэтому в настоящее время лишь для некоторых расчетных схем получены аналитические выражения КИН инженерными методами, что открывает возможность вьшолнения практических расчетов на прочность элементов конструкций с трещинами. [c.194] Однако число таких случаев ограничено, но для решения любой задачи разработано несколько приближенных теоретических и экспериментальных методов, в том числе метод фотоупругости, метод сечений в теории трещин [2], энергетический метод, метод конечных элементов в механике разрушений, интерполяционный метод, метод весовых функций. Наиболее привычным и понятным для студентов, скорее всего, будет уже знакомый им метод сечений, на базе которого вьшолняется построение эпюр внутренних силовых факторов (Мязг, Л/др, М) в сопромате. [c.195] Вернуться к основной статье