Локальных пластических

Распределение скоростей, температур и концентраций в закрученном потоке описывается уравнениями движения, неразрывности, энергии и диффузии. Рассматриваемые здесь внутренние задачи удобно описать системой уравнений в цилиндрической системе координат (г, у, х) с азимутальной симметрией локальных параметров (3/3v? = 0). Радиальная, вращательная и осевая составляющие скорости обозначены соответственно через и, и, ш.

Анализ профиля осевой скорости показывает, что закрученное течение в цилиндрическом канале представляет собой сложный поток с непрерывным характером изменения локальных параметров по сечению канала. Такой поток содержит элементы более простых типов течения — область пристенного течения, приосевую область обратного течения или "провал" осевой скорости и расположенную между ними зону циркуляционного течения. Для таких потоков модель расчета "пограничный слой — невязкий поток" является неприменимой.

Максимальные значения осевой и суммарной скоростей в области, где интенсивность закрутки потока существенна (х < 20 для данных, представленных на рис. 2.6), располагаются в периферийной области канала и значительно превышают ереднерас-ходное значение скорости. При увеличении х вследствие действия сил трения происходит уменьшение интенсивности закрутки, что приводит к трансформации локальных параметров. Осевая и суммарная скорости при затухании закрутки в периферийной области уменьшаются, а в приосевой зоне — возрастают, область обратного течения постепенно вырождается , преобразуясь в "провал", характерный для течения за плохообтекаемым телом. Таким образом в канале одновременно существуют области течения с отрицательным (в периферийной зоне) и положительным (в приосевой области) продольными градиентами скорости. Взаимодействие областей противоположного градиента проявляется в непрерывном "отсосе" массы газа из периферийной зоны течения в приосевую.

Изменение параметров завихрителя в достаточно широких пределах („ = 15...600, п= -1...3) не изменяет качественной картины распределения локальных параметров закрученного потока (рис. 2.9). Характерные точки профилей скорости сохраняются, изменяются лишь его количественные характеристики, что связано с различной интенсивностью закрутки потока. Например, при прочих равных условиях (Red = const, x - const) с ростом (рн и п осевая скорость на периферии канала возрастает, зона обратных течений расширяется, радиус максимального значения и увеличивается и т. д. Вращательная скорость по абсолютному значению возрастает по всему сечению канала. Отмеченные выше особенности характерны для всего диапазона чисел Рей-нольдса, имевших место в исследовании.

32, 33, 44, 63, 81] и др., выполненных при других способах начальной закрутки (тангенциальный, тангенциально-лопаточный ввод, аксиально-лопаточные завихрители, с иным диаметром центрального тела, вращающаяся секция на входе), показывает, что на основном участке закрученного потока качественный характер радиального распределения и продольной трансформации локальных параметров подчиняется вышеописанным закономерностям. Последнее позволяет сделать вывод о том, что воздействие центробежных массовых сил на структуру течения основного участка характеризуется определенной общностью для произвольных способов и законов начальной закрутки.

личными значениями IAH, n показывает^то воздействие частичной закрутки • на основном участке J[x > 3. . .4) аналогично уменьшению начальной закрутки при -FH=3. Сравнение локальных параметров течения для полностью и частично закрученных потоков при Ф* = idem показало практически полную их идентичность. Следовательно, расчет локальных и интегральных параметров течения на основном участке при частичной закрутке потока можно осуществлять по соотношениям, полученным в гл. 2 для полной закрутки на входе.

В разд. 3.3 было показано, что на основном участке при Ф* = = idem для частично и полностью закрученных потоков распределения локальных параметров и интегральные параметры для различных завихрителей практически совпадают. Поэтому, определив по формуле (1.26) величину Ф*вх.г, а по формуле (1.31) — действительное значение этого параметра, можно рассчитать изменение интегральных параметров М и К [ формулы (2.20), (2.21)], а также составляющие напряжения трения по длине канала и для частично закрученного потока.

Современные исследования однозначно указывают на локальный характер кризиса в пучке, т. е. кризис возникает на поверхности, около которой паросодержание оказывается наивысшим в пучке. При обработке опытных данных с использованием локальных параметров в наиболее напряженной в тепловом отношении ячейке наблюдается лучшая сходимость результатов, полученных на разных пучках, чем при обработке по средним по сечению параметрам. Этот факт указывает на целесообразность расчета кризиса теплоотдачи на основе локальных характеристик потока в пучке.

В принципе расчетные формулы для вычисления запасов до кризиса теплоотдачи в реакторных каналах могут быть построены на основе как локальных, так и глобальных параметров. Однако при этом полезно иметь в виду следующее.

1. Формулы на основе локальных параметров (gttp, x, wg).

Опыт работы [11] показывает, что интерполяционные формулы с использованием критической мощности в качестве определяемого параметра максимально просты и более точны, нежели любая из известных до сих пор формул, построенных на основе локальных параметров.

Предварительная перегрузка в процессе гидравлического испытания (опрессовки) оборудования и трубопроводов (испытательное давление больше рабочего рр) приводит к изменению геометрии, свойств и напряженного состояния металла в окрестности дефектов. Эти изменения в основном связаны с возникновением в зоне дефектов локальных пластических деформаций и могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние сопротивлению разрушения. Одним из положительных эффектов опрессовки является снятие сварочных напряжений. Установлено [4], что снятие сварочных напряжений возможно, когда напряжение от внешней нагрузки он достигает предела текучести металла ат. Кроме этого, в окрестностях острых дефектов происходит снижение степени концентрации напряжений из-за притупления их вершины концентратора, возникновение остаточных напряжений сжатия и снижение изгибающих моментов при последующем нагружении рабочим давлением. К отрицательным эффектам предварительной перегрузки следует отнести докри-тический рост трещины, повышение чувствительности металла к деформационному старению, коррозии и др. Это обязывает производить эксплуатационные характеристики конструктивных элементов с учетом эффектов испытаний (опрессовки).

- выявление районов повышенной напряженности и перегруженности конструкций по регистрации зон локальных пластических деформаций и общей текучести материала.

Состав и структура стали оказывают на стойкость к СВУ гораздо большее влияние, чем на общую коррозию. Существенно влияет на сульфидное растрескивание углерод. С увеличением количества углерода склонность закаленных сталей к сульфидному растрескиванию растет вследствие увеличения внутренних напряжений, прочности стали. Малое количество водорода, проникающего в металл, не может вызвать достаточных для развития трещин локальных пластических деформаций в прочном материале. Считается, что сталь теряет пластичность при окклюзии водорода 7—12 см3 на 100 г металла. Однако водородное охрупчи-вание может происходить даже при незначительном количестве поглощенного водорода. Так, для стали марки 4340 (предел прочности 1600 МПа) химический состав следующий.

Есть основание полагать, что такое специфическое строение границ является результатом локальных пластических смещений внутри блочной структуры наклепанного аустенитного зерна и диффузионного перемещения сегментированной границы при высокотемпературном нагреве {13]. Ряд исследователей разработал специальные способы высокотемпературной МТО, позволяющие получить структуру стали с развитой зубчатостью границ и тем самым существенно повысить сопротивляемость ползучести [14, 15]. Получаемые искажения в периферийных областях зерна в значительной степени способствуют упрочнению, предотвращают образование фаз, ослабляющих связь между зернами [13, 16], и увеличивают барьерный эффект границ зерен.

Относительно слабое влияние коррозионной среды связано с присущим титановым сплавам продолжительным инкубационным периодом до появления трещины при многоцикловом нагружений. Длительность этого периода определяется временем, необходимым для возникновения на поверхности образца первых разрывов защитной оксидной пленки, происходящих вследствие локальных пластических сдвигов в приповерхностных областях. При малых амплитудах напряжений защитные пленки в основном сохраняются или успевают восстановиться. Этим и объясняется малая чувствительность титановых сплавов ко многим коррозионным средам при многоцикловом нагружений.

Извилистая траектория трещины рассматривается в качестве доказательства того факта, что смещение берегов усталостной трещины в ее вершине происходит не только в направлении приложения нагрузки при одноосном циклическом растяжении, но и по типу Кп — поперечное смещение берегов трещины [81], как это показано на рис. 3.15б. Оно вполне естественно в силу уже указанной выше неоднородности процесса формирования зоны пластической деформации вдоль всего фронта трещины. Ее формирование происходит в условиях реализации волнового процесса передачи энергии от одной зоны к другой. Поэтому неизбежно возникновение участков с наибольшей и наименьшей концентрацией энергии. Там, где реализован максимальный уровень энергии, имеет место подрастание трещины в локальном объеме после исчерпания пластической деформации [82]. В зонах фронта трещины с минимальной концентрацией энергии происходит запаздывание разрушения по отношению к другим зонам фронта трещины, что создает предпосылки к реализации эффекта мезотуннелирования трещины (рис. 3.16). Эта ситуация может определяться различиями локальных пластических свойств материала из-за различий пространственной ориентировки кристаллографических плоскостей от зерна к зерну. Такая ситуация, например, характерна для формирования фронта трещины в титановых сплавах (см. рис. 3.166). Процесс распространения усталостной трещины в срединных слоях материала вдоль вершины трещины оказывается сложным и связан с различными эффектами, в том числе и с эффектом изменения траектории трещины, ветвлением и мезотуннелированием. В результате этого реальная поверхность излома после распространения трещины является шероховатой, что создает предпосылки в процессе роста трещины для возникновения различных эффектов контактного взаимодействия ее берегов. Они препятствуют закрытию берегов усталостной трещины, что влияет на темп подрастания трещины.

Вдоль фронта трещины реализуется последовательно волнообразный характер передачи энергии от одной зоны к другой, с учетом вариации локальных пластических свойств материала. Первоначально развитие трещины в мезотуннелях на масштабном микроскопическом уровне реализуется при разрушении перемычек между ними за счет поперечного сдвига Кш (см. рис. 3.17). Разрушение перемычек сдвигом является предпочтительным

На мезоскопическом масштабном уровне поверхность формирующегося излома имеет развитый в пространстве трехмерный рельеф, шероховатость которого отражает трехмерное, а не плоскостное изменение направления роста трещины в любой точке ее фронта в произвольный момент времени. Дробление фронта трещины и пространственное перемещение разных его участков в разных направлениях в каждый момент времени в цикле нагружения обусловлены взаимодействием зоны пластической деформации перед вершиной трещины с зонами включений и границами зерен. Помимо того, неоднородность перемещения фронта трещины связано с влиянием смены ориентировок кристаллографических плоскостей зерен и субзерен, с градиентом локальных пластических свойств материала, приводящих к неоднородности протекания процесса пластической деформации

Выше отмечалось, что для перлитных и аустенитных сталей в критерии прочности типа (4.13) Л0=0,5, а для никелевых сплавов А~0,9. Это говорит о том, что в обследованных партиях металла сталей эффект влияния внутренних напряжений и локальных пластических деформаций в микрообъемах металла в равной степени отражается на влиянии на разрушение при ползучести cTj и <т,. Никелевые сплавы представляют более сложный объект. Например, в [75] показано, что легирующие элементы (алюминий и титан) влияют на степень концентрации напряжений на границе раздела фаз из-за различия параметров решетки твердого раствора и вторичной фазы.

а — распределение локальных пластических деформаций по длине реперной линии в полуциклах сжатия 1 и растяжения s при амплитуде деформации ±1 %; б — зависимости повреждения зерен феррита грубыми усталостными полосами от числа циклов при различных амплитудах напряжений 1—7 соответственно 185—170 МПа; е — рельеф грубых усталостных полос, выявляемый по искривлению микроинтерференционных линий.

В качестве характеристики интенсивности прохождения локальных пластических деформаций удобно пользоваться отношением (производной)