Интенсивность кавитационной

Более подробно следует остановиться на значениях прочностных характеристик, которые в дальнейшем будут фигурировать в зависимостях для расчета статической прочности механически неоднородных соединений. Ранее, в работе /9/, для бездефектных соединений с мягкими прослойками нами была принята на основе многочисленных экспериментальных данных идеально-жестко-пластическая диаграмма мягкого металла М. При этом, в расчетных формулах данную диаграмму в условиях общей текучести аппроксимировали на уровне значений временного сопротивления металла М (а^). Для соединений с плоскостными дефектами такой подход применим не всегда. Последнее связано с ростом вблизи вершины дефекта показателя напряженного состояния П = о~0/Т (здесь о0 — гидростатическое давление, Т—- интенсивность касательных напряжений, которая равна пределу текучести мягкого ^ или Jc,. твердого металлов при чистом сдвиге). Предельную (предшествующую разрушению) интенсивность пластических деформаций е"р можно определить из диаграмм пластичности, отражающих связь предельной степени деформации сдвига Л с показателем напряженного состояния П для конкретных материалов сварных соединений /9, 24/ . Для этого необходимо знать показатель напряженного состояния П, величина которого зависит только от геометрических характеристик сварного соединения, степени его механической неоднородности и размеров дефекта П = vy (ae, t / В, Kg) и определяется из теоретического анализа. Определив значение предельной интенсивности пластических деформаций Е"!' , по реальной диаграмме деформирования рассматриваемого металла О,-=/(бг) находим величину интенсивности напряжений в пластической области а(. Интервалы изменения С j следующие: ат < 0; < ств. Для плоской деформации та -кая подстановка с^ в получаемые формулы означает замену временного сопротивления ав на данную величину.

Здесь GQ = (О) + С?2 + О}) /3 — среднее (гидростатическое) напряжение в рассматриваемой точке деформируемого тела (<3, с^, ^ — главные компоненты тензора напряжений), 7} — интенсивность касательных напряжений в данной точке.

Упругопластическому и вязкопластическому фиктивным телам соответствует бесконечная система алгебраических уравнений с переменными коэффициентами и свободными членами. Решение такой системы строится с помощью процедуры последовательных приближений, согласно которой первым (исходным) приближением считается решение соответствующей задачи для упругого тела или вязкой жидкости, т. е. известен тензор (Т<е>) для рассматриваемой задачи. По известным компонентам тензора (Тм), используя приведенные формулы, вычисляем интенсивность кинетических напряжений Т(е), интенсивность напряжений сг<«> и интенсивность касательных напряжений т<«>. Имея динамические диаграммы материала ст; -=- е{ и т; -f- -у*. ГД?

Более подробно следует остановиться на значениях прочностных характеристик, которые в дальнейшем будут фигурировать в зависимостях для расчета статической прочности механически неоднородных соединений. Ранее, в работе /9/, для бездефектных соединений с мягкими прослойками нами была принята на основе многочисленных экспериментальных данных идеально-жестко-пластическая диаграмма мягкого металла М. При этом, в расчетных формулах данную диаграмму в условиях общей текучести аппроксимировали на уровне значений временного сопротивления металла М (ojf). Для соединений с плоскостными дефектами такой подход применим не всегда. Последнее связано с ростом вблизи вершины дефекта показателя напряженного состояния П = а0/Т (здесь ст0 — гидростатическое давление, Т— интенсивность касательных напряжений, которая равна пределу текучести мягкого k^ или k^ твердого металлов при чистом сдвиге). Предельную (предшествующую разрушению) интенсивность пластических деформаций е"р можно определить из диаграмм пластичности, отражающих связь предельной степени деформации сдвига Л с показателем напряженного состояния П для конкретных материалов сварных соединений /9,24/ . Для этого необходимо знать показатель напряженного состояния П, величина которого зависит только отгеометрическиххарак-теристик сварного соединения, степени его механической неоднородности и размеров дефекта П = у (ж, I /В, К^) и определяется из теоретического анализа. Определив значение предельной интенсивности пластических деформаций s"p, по реальной диаграмме деформирования рассматриваемого металла СТ( =/(Б;) находим величину интенсивности напряжений в пластической области <5{. Интервалы изменения (Т,- следующие:^ < <7; < (Тв. Для плоской деформации такая подстановка а( в получаемые формулы означает замену временного сопротивления СТВ на данную величину.

Здесь do = (О) + <72 + с?з) /3 — среднее (гидростатическое) напряжение в рассматриваемой точке деформируемого тела (Oj, О2, CTj — главные компоненты тензора напряжений), Т, — интенсивность касательных напряжений в данной точке.

Ар — предельная степень деформации до разрушения п — число оборотов до разрушения при испытаниях на кручение k — показатель напряженного состояния (&=аСр/Т) Т — интенсивность касательных напряжений, МПа Г — степень деформации сдвига

зить функцию давления g через приведенную интенсивность касательных напряжений t\

8. Интенсивность касательных напряжений. Интенсивность на-лряжений. Трактовка, данная В. В. Новожиловым величинам т,- и юа. Октаэдрические площадки и напряжения. Направляющий тензор напряжений. Девиаторная плоскость. Гидростатическая ось. Величина 1//2 (D0), выше уже встречавшаяся, называется интенсивностью касательных напряжений и обозначается символом т,-:

Частное от деления девиатора напряжений на интенсивность касательных напряжений называют направляющим тензором напряжений;

где т; — интенсивность касательных напряжений 2). Соответствующая поверхность текучести представляет собой круговой цилиндр, описанный около шестигранной призмы (см. рис. 8.8).

И наконец, в подавляющем большинстве случаев кавитация сопровождается разрушением поверхности, на которой возникают и некоторое время существуют кавитационные пузыри. Это разрушение, являющееся, пожалуй самым опасным последствием кавитации, называют кавитационной эрозией. Как уже говорилось, интенсивность кавитационной эрозии может быть настолько высокой, что она может вызвать полный износ отдельных элементов гидравлической машины в чрезвычайно короткое время.

Обычно интенсивность кавитационной эрозии оценивается потерей веса (или объема) в какой-то период времени. Однако, это не всегда возможно, и тогда подсчитывают число раковин, образовавшихся на единице площади в единицу времени, глубину эрозии и т. д. В некоторых экспериментах [90] пользуются изменением характеристик турбины для оценки интенсивности кавитационной эрозии ее деталей. Естественно, что такое разнообразие количественных данных затрудняет их обобщение.

Таким образом, можно ожидать что уменьшение давления в потоке ведет к усилению кавитационной эрозии. В ряде работ это предположение было подтверждено экспериментально [115]. Однако определить влияние величины давления в потоке на интенсивность кавитационной эрозии далеко не так просто.

Влияние степени развития кавитации на интенсивность разрушения ограждающих поток поверхностей была отмечена в ряде экспериментов [74, 77, 111]- Установлено, что интенсивность эрозии первоначально возрастает с развитием кавитации, достигает максимума, а затем уменьшается. Строго зафиксировать момент максимальной интенсивности эрозии пока не представляется возможным, поскольку степень развития кавитации является весьма относительным качественным понятием и не может быть выражена в каких-либо единицах. Опыты, проводившиеся с соплом Вентури [77], показали, что максимальная интенсивность кавитационной эрозии имела место при первом появлении устойчивой кольцеобразной кавитационной зоны. Придерживаясь проведенной нами ранее градации развития кавитации, этот момент можно считать соответствующим ранней стадии частично развившейся кавитации.

Форма и конструкция элементов проточного тракта также оказывают значительное влияние на интенсивность их разрушения вследствие кавитации. Как правило, кавитация и кавитационная эрозия возникают в местах изменения площади поперечного сечения или направления потока. Исследованиями, проводившимися в МИСИ им. В. В. Куйбышева [17], установлено, что при плавном увеличении площади поперечного сечения потока, на некотором удалении от начала диффузорного участка происходит кавитационное разрушение материала стенок, интенсивность которого зависит от угла раскрытия диффузора. С увеличением угла (особенно до 5°) износ резко возрастает. Теми же исследованиями установлено, что при внезапном изменении сечения потока интенсивность кавитационной эрозии определяется конструктивным выполнением переходного участка.

Состояние направляющей поток поверхности также оказывает большое влияние на начало и интенсивность кавитационной эрозии. При прочих равных условиях наличие неровностей и шероховатость обтекаемой поверхности, как правило, ускоряют кавитационный износ. Вопросам кавитационной эрозии, вызванной неровностями поверхности, посвящено большое количество экспериментальных и теоретических исследований, из которых особо необходимо отметить работы д-ра техн. наук К. К. Шаяьнева [54]. Подавляющее большинство опытов по изучению процессов кавитации и кавитационной эрозии, проводилось и проводится с водой в качестве рабочей среды. В то же время свойства жидкости несомненно оказывают влияние на возникновение и развитие кавитаиии, а следовательно, и на интенсивность кавитационной эрозии. Это влияние проявляется двумя различными путями:

На основании анализа многочисленных теоретических изысканий [73, 77, 78, 85, 94, 99, 103] можно сделать вывод, что интенсивность кавитационной эрозии должна увеличиваться с увеличением плотности и силы поверхностного натяжения жидкости и уменьшаться с увеличением вязкости.

Правильность этого вывода подтверждается результатами интересных опытов [78], в которых в качестве рабочей жидкости использовалась ртуть. Как было установлено, кавитацион-ная эрозия в этом случае возросла по сравнению с водой в среднем в 90—100 раз. Чрезвычайно заманчивым является факт, что отношение произведений тр (сила поверхностного натяжения, умноженная на плотность) для ртути и воды при температуре 15° С равно 91. Однако в ряде других экспериментов, в которых в качестве рабочей среды использовались жидкости различного происхождения, не удалось установить какой-либо зависимости между физическими свойствами жидкости и интенсивностью кавитационной эрозии. Так, например, в одном случае было отмечено уменьшение кавитационной эрозии при использовании в качестве рабочей среды спирта по сравнению с водой, а в другом — наоборот, ее усиление. Недостаточность экспериментальных данных является основной причиной того, что в настоящее время степень влияния физических свойств жидкости на интенсивность кавитационной эрозии не понята окончательно.

Опыты, проводившиеся с использованием различных экспериментальных установок, показали изменение интенсивности эрозии в зависимости от температуры жидкости [71, 77, 80, 94]. Интенсивность кавитационной эрозии первоначально увеличи вается с возрастанием температуры, затем, достигнув максимума, уменьшается. Для воды этот максимум находится в пределах 40—50° С (рис. 17).

большой интенсивностью износа. Обычно , принято считать, что при этом происходит как бы сглаживание поверхности. Кавита-ционному разрушению подвергаются различные дефекты и «слабые места» направляющей поток поверхности. После удаления этих дефектов, интенсивность ка-витационой эрозии резко снижается, так как под действием кавитации в поверхностном слое материала происходят различные изменения. Затем происходит вторичное возрастание интенсивности кавитационной эрозии, вызванное тем, что эродированная поверхность сама становится источником кавитации. Различные сопутствующие кавитации явления: химическая коррозия, электролитические процессы и другие, в большей мере проявляются на этой стадии кавитационной эрозии.

интенсивность кавитационной эрозии