Металлических оболочках

Рассматривая вопросы, связанные с пластичным и хрупким разрушением, надо иметь в виду, что резкого качественного разграничения этих типов разрушения провести невозможно. В металлических материалах любому разрушению, в том числе хрупкому, всегда предшествует пластическая деформация в том или ином объеме тела. Поэтому, в принципе, пластичность и хрупкость можно рассматривать как две стороны одного и того же процесса разрушения. Вместе с тем между процессами пластического и хрупкого разрушения существуют, естественно, значительные различия, которые и позволяют отнести их к разным группам.

При выводе критерия Гриффитса использовались допущения, неприемлемые с точки зрения современных представлений о разрушении металлов. Главное, что вызывает возражения,— это игнорирование пластической деформации, хотя бы локальной, до и во время развития трещины. На самом деле такая пластическая деформация в металлах всегда предшествует зарождению трещины и проходит в более или менее узкой зоне у вершины трещины, где напряжения превышают значения, необходимые для начала пластической деформации. Таким образом, поскольку в металлических материалах невозможно идеально хрупкое разрушение, критерий Гриффитса требует изменений. Простейшим из них является замена ys на

Эта замена возможна, если пластическая деформация концентрируется в зоне перед вершиной трещины, ширина которой мала по сравнению с длиной трещины. В таком случае мы имеем дело с макрохрупким разрушением, достаточно частым в металлических материалах. При этом в большинстве случаев у1]Л «10J ys, и критерий Гриффитса для металлов можно приближенно записать как

Следует отметить, что конец магистральной трещины в реальных металлических материалах только схематически и очень ус-лоино можно аппроксимировать гладкой или кусочно-гладкой линией, следующей из упругого или упругоиластического решения. Степень соответствия результатов решения, полученных из континуальных теорий, с реальной ситуацией, зависит от степени локальности рассмотрения объекта. Углубление в детали строения поверхности трещины и ее конца неизбежно приведет к отказу от результатов решения континуальных теорий. Для этого достаточно взглянуть на ряд фотографий трещин, обнаруживаемых п элементах различных конструкций и возникших по разным причинам в эксплуатационных условиях (например, рис. 25.10, 25.11). Однако это не означает, что решение континуальных теорий неверны. Нет, они верны, но для своего масштаба, для соответствующей степени локальности рассмотрения объекта. Например, если принимать во внимание структуру материала, то область справедливости континуальных теорий может быть отражена с помощью диаграммы структурной неоднородности Я. Б. Фридмана [290].

На стадии циклического деформационного упрочнения происходит интенсивное повышение плотности дислокаций в пластичных металлических материалах (рис. 18). При этом наблюдается большое разнообразие формирующихся дислокационных структур в зависимости от типа кристаллической решетки и структурного состояния металлических материалов. Однако если просто изучать все многообразие дислокационных структур, то очень трудно иыявить общие закономерности накопления повреждений в процессе усталости. Важно рассмотреть эволюцию дислокационных структур при характерных (пороговых) условиях пластической деформации и разрушения. В этом смысле весьма перспективно привлечь к анализу представления синергетики (области научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы). Подходы синергетики позволяют описывать сложное поведение открытых систем (а образец или конструкция, которые испытываются на усталость, являются открытыми системами), не вступая в противоречие со вторым законом термодинамики. Синергетика оперирует диссипативными структурами, образующимися в неравновесных условиях в результате обмена энергией (или энергией и веществом) с окружающей средой при подводе внешней энергии к материалу.

В настоящее время предлагается следующая классификация дислокационных структур, возникающих при циклических деформациях: структуры равновесия (например, низкоэнергетические дислокационные структуры) и сильно неравновесные самоорганизующиеся дислокационные структуры. Низкоэнергетические дислокационные структуры являются частным случаем самоорганизующихся дислокационных структур. В свою очередь, самоорганизующиеся дислокационные структуры предложено разбить на две категории: самоорганизующиеся дислокационные структуры, связанные с единичным скольжением (устойчивые полосы скольжения, дислокационная сетка у границ зерен, венная структура), и самоорганизующиеся дислокационные структуры, связанные с множественным скольжением (лабиринтная и ячеистая структуры). На рис.19 представлены примеры дислокационных структур, формирующихся на начальных стадиях усталости в пластичных металлических материалах (рис. 19, а, б), а также ячеистой и полосовой дислокационных структур (рис. 19, в, г) с критической плотностью дислокаций границ

на, на сопротивление усталости также оказывает степень рекристаллизации. В высокопрочных металлических материалах часто определяющим структурным фактором является размер субзерна или одной из структурных составляющих.

Концентрация напряжений в металлических материалах, связанная с надрезами, канавками, отверстиями или другими дефектами, как правило, приводит к снижению предела выносливости. Необходимо отметить, что усталостная трещина сама по себе является надрезом, вызывающим высокую концентрацию напряжений. В области концентратора повышается локальное напряжение в материале. Фактическое напряжение у вершины концентратора атах значительно больше номинального стн Отношение отах/ст„=а0 называется теоретическим коэффициентом концентрации напряжений при их упругом распределении. Снижение пределов выносливости при наличии концентратора напряжений оценивается эффективными коэффициентами концентрации:

6. Какие процессы изменения структуры протекают в металлических материалах в периоде зарождения усталостных трещин?

Рассматривая вопросы, связанные с пластичным и хрупким разрушением, надо иметь в виду, что резкого качественного разграничения этих типов разрушения провести невозможно. В металлических материалах любому разрушению, в том числе хрупкому, всегда предшествует пластическая деформация в том или ином объеме тела. Поэтому, в принципе, пластичность и хрупкость можно рассматривать как две стороны одного и того же процесса разрушения. Вместе с тем между процессами пластического и хрупкого разрушения существуют, естественно, значительные различия, которые и позволяют отнести их к разным группам.

При выводе критерия Гриффитса использовались допущения, неприемлемые с точки зрения современных представлений о разрушении металлов. Главное, что вызывает возражения, — это игнорирование пластической деформации, хотя бы локальной, до и во время развития трещины. На самом деле такая пластическая деформация в металлах всегда предшествует зарождению трещины и проходит в более или менее узкой зоне у вершины трещины, где напряжения превышают значения, необходимые для начала пластической деформации. Таким образом, поскольку в металлических материалах невозможно идеально хрупкое разрушение, критерий Гриффитса лребует изменений. Простейшим из них является замена ys на

Чистый торнй хорошо поддается обработке давлением: прокатке, выдавливанию, штамповке, вытяжке; его можно прокатывать с обжатием 99 °/о без промежуточного отжига. Горячую деформацию выполняют при 650—950 °С. Вследствие высокой химической активности торий нагревают в смеси расплавленных хлоридов натрия, калия и бария. Хорошие результаты дает горячая обработка в защитных металлических оболочках.

Из урана изготовляют прутки, трубы, проволоку, листы и фольгу. Нагрев и подогревы осуществляют в соляных ваннах; применяют прокатку в металлических оболочках. Хорошие результаты дает вакуумная прокатка,

На городских территориях с железными дорогами с тягой на постоянном токе силовые кабели обычно подвергаются опасности коррозии блуждающими токами (см. раздел 16). Металлические оболочки низковольтных кабелей и кабелей среднего напряжения поблизости от выпрямительных подстанций должны подключаться к системам защиты от блуждающих токов. У кабелей с тремя проводниками в сетях среднего напряжения дополнительные блуждающие токи в металлических оболочках могут вызвать превышение допустимой тепловой нагрузки на кабели. В связи с этим может потребоваться ограничивать дренаж блуждающих токов при помощи сопротивлений.

В трубопроводах и металлических оболочках кабелей, проложенных на большой длине поблизости от туннеля или пересекающих его, изолирующие фланцы не нужны. Такие изолирующие элементы следует устанавливать только тогда, когда избежать случайных соединений с несущей конструкцией туннеля другим способом невозможно.

Провода с резиновой изоляцией в металлических оболочках (ГОСТ 1843—46). Для неподвижной прокладки в электрических сетях при напряжении до 500 в переменного тока и до 1000 в постоянного тока. Имеют защитную и экранирующую оплетку стальной проволокой. Многожильные провода скручены с применением заполнения. Провода типа ТПРФ можно изготовлять с параллельно уложенными жилами. Номинальные наружные диаметры проводов ПРП в зависимости от числа жил — от 5,7 до 47,8 мм, ПРШП — от 7,5 до 50 мм, ТПРФ — от 4,3 до 18,4 мм. Всего предусмотрено 120 типоразмеров. Номинальное сечение основной токопроводящеи жилы от 1 до 95 мм2, а заземляющей или нулевой жилы — от 1 до 35 мм1. Длина проводов ПРП и ПРШП не менее 125 ж, а ТПРФ — не менее 50 м. Маломерные обрезки длиной не менее 10 м в количестве 10%.

плохо проводящих стенах; однако если указанное оборудование доступно для одновременного соприкосновения с заземленным оборудованием (например, кабели и провода в металлических оболочках или трубах, проложенных в земле), то оно должно быть также заземлено.

Значение k выбирают в завиримости от вида прокладки: при использовании мягких прокладок k = 1,5 ... 2,5; мягких прокладок в металлических оболочках и металлических фасонных прокладок k = 2,5 ... 3,5; плоских металлических прокладок

в том числе и в металлических оболочках. Использование горячей

Рассматривались результаты экспериментальных исследований модельных и натурных конструкций из металлических материалов (алюминиевых сплавов) с сотовыми заполнителями и неметаллических (стеклопластиковых) с пено- и сотовыми заполнителями. Не рассматривались оболочки, разрушение которых явно обусловливалось недостатками конструкции, низким качеством изготовления с расслоениями стенок, а также> материал которых работал за пределом упругости. По значениям параметров заполнителей на сдвиг испытуемые оболочки имели жесткие (а = 1), упругие и маложесткие (а. ^ 0,1) характеристики. Относительная толщина заполнителей лежала в диапазоне X = 5 ... 40. Критические напряжения в металлических оболочках не превышали предела текучести, а в стеклопластиковых — предела прочности материала. Низкие значения k (менее 0,25) можно объяснить некачественным изготовлением.

Мягкие прокладки в металлических оболочках и металлические