Материалов конструкций

Для малопластичных материалов (легированные стали и др.) расчет ведут по наибольшим местным напряжениям, так как концентрация напряжений снижает прочность детали (см. рис. 0.5).

Последние два тома восьмитомника посвящены методам расчета конструкций из композиционных материалов (или композитов, как все чаще в отечественной и мировой литературе называют эти материалы)/ Последовательно приведены введение в теорию упругости анизотропного тела, являющуюся научной основой расчета деталей из композиционных материалов, критерии прочности и механика разрушения слоистых материалов, принципы расчета стержней, ферм, тонкостенных элементов, пластин и обо-лойек на прочность, устойчивость, колебания. Особо выделены вопросы ударного воздействия и распространения волн в композиционных материалах. Далее, в т. 8, описаны основы метода конечного, элемента, который становится основным расчетным приемом для'-конструкций из композиционных материалов с переменным по толщине углом укладки арматуры. Кратко рассмотрены вероятности разрушения и надежность конструкции, методы испытания айШвхропных материалов, концентрация напряжений, краевой и ""«кромШньш» эффект, способы соединений (в основном путем склеиванвК?) элементов из композиционных материалов. Дана методика структурного анализа конструкций из композиционных материалов. Сд^елана**псШ;ы'ГКа Учесть конструкционные и структурные особенности этих "S& териалов.

Последние два тома восьмитомника посвящены методам расчета конструкций из композиционных материалов (или композитов, как все чаще в отечественной и мировой литературе называют эти материалы). Последовательно приведены введение в теорию упругости анизотропного тела, являющуюся научной основой расчета деталей из композиционных материале в, критерии прочности и механика разрушения слоистых материалов, принципы расчета стержней, ферм, тонкостенных элементов, пластин и оболочек на прочность, устойчивость, колебания. Особо выделены вопросы ударного воздействия и распространения волн в композиционных материалах. Далее, в т. 8, описаны основы метода конечного элемента, который становится основным расчетным приемом для конструкций из композиционных материалов с переменным по толщине углом укладки арматуры. Кратко, рассмотрены вероятность разрушения и надежность конструкции; методы испытания анизотропных материалов; концентрация напряжений; краевой и «кромочный» эффект; способы соединений, в основном путем склеивания, элементов из композиционных материалов. Дана методика структурного анализа конструкций из композиционных материалов. Сделана попытка учесть конструкционные и структурные особенности этих материалов.

При изменении степени совершенства кристаллической решетки графита боковая поверхность кристалла зависит от его диаметра и высоты. Однако отношение боковых площадей кристаллов различного размера при одинаковом удельном объеме равно отношению только их диаметров. Исходя из этого, можно предположить, что концентрация примесей металлов с уменьшением размеров кристалла увеличивается согласно отношению их диаметров. Например, по отношению к естественному графиту для других материалов концентрация примесей металлов должна определяться следующим уравнением: .

Т а б лица 3 Концентрация примесей металлов на кристаллах углеродных материалов

Как отмечали ранее (раздел 2.2), понятию отказа в теории надежности соответствует принятое в науке о прочности понятие предельного состояния. Возможны различные варианты предельных состояний, ограничивающих условия нормальной эксплуатации аппаратов, например, потеря прочности, потеря жесткости и т.п. Существует также много способов разрушающих испытаний для оценки работоспособности материалов, конструкций или сварных соединений в условиях достижения какого-либо из возможных предельных состояний.

Дефекты основного металла и сварных соединений приводят к образованию некогерентных границ зерен, коррозионно нестойких пленок, создают концентрацию макро- и микронапряжений, повышают термодинамическую неустойчивость дефектных участков поверхности и интенсифицируют их наво-дороживание и электрохимическое растворение. Поэтому для повышения надежности оборудования и коммуникаций, контактирующих с сероводородсодержащими средами, наряду с тщательным входным контролем соответствия материалов конструкций техническим условиям на их поставку и неразрушающим контролем монтажных сварных соединений, эффективными являются предпусковые гидроиспытания металлоконструкций давлением, создающим напряжения до 95% от минимального нормативного значения предела текучести металла [33, 34]. В ходе этих испытаний разрушаются участки основного металла и сварных соединений, содержащие потенциально опасные дефекты. Вокруг оставшихся неопасных дефектов образуются зоны остаточного сжатия, повышающего коррозионную стойкость сварных соединений. Кроме того, после гидравлических испытаний в 2-3 раза снижаются максимальные остаточные напряжения в зоне сварных соединений труб за счет пластического удлинения растянутых областей металла. Одновременно снижаются наиболее высокие монтажные напряжения в трубопроводах. Там, где по техническим причинам проведение гидроиспытаний не представляется возможным, для выявления недопустимых дефектов необходимо применять 100%-ный радиографический контроль сварных соединений и его 100%-ное дублирование ультразвуковым методом [25, 35].

лебаний используют в основном для контроля неметаллических и композиционных материалов, поэтому они не рассмотрены в данной книге. Схемы контроля клееных и паяных конструкций с применением реверберационного, импедансного методов и метода свободных колебаний показаны соответственно на рис. 2.3, г, 2.5, а, 2.5, в. На рис. 2.2, в приведена схема контроля слоистого материала типа текстолита велосиметрическим методом.

Так как вибрационно-диагностический и шумодиагностический методы, относящиеся к пассивным акустическим методам, служат для диагностирования работающих механизмов, их исследование выходит за рамки этой книги. Акустико-эмиссионный метод применяют в качестве средства исследования материалов, конструкций, контроля изделий (например при гидроиспытаниях) и диагностирования во время эксплуатации. Важными преимуществами этого метода перед другими является то, что он реагирует только на развивающиеся, действительно опасные дефекты, а также возможность проверки больших участков или даже всего изделия без сканирования его преобразователем. Основной его недостаток как средства контроля — трудность выделения сигналов, вызываемых развивающимися дефектами, на фоне помех от кавитационных пузырьков в жидкости, подаваемой в объект при гидроиспытаниях, от трения в разъемных соединениях и т. д.

Большие и важные задачи конструирования перспективных массовых средств передвижения требуют для своего решения творческого подхода к разработкам, с учетом взаимосвязи выбранных материалов, конструкций и методов изготовления, в том числе методов соединения. Необходимо соответствие друг другу применяемых материалов и конструкций. Нельзя считать оптимальным конструирование вагона в основном из одного материала, например алюминия или стали или близких по составу сплавов. Как правило, неэффективно и использование преимущественно одного метода соединения. Конструкционные материалы, используемые в промышленности, производящей многоместные железнодорожные транспортные средства, должны быть перспективными. К числу таких материалов могут быть отнесены соты с заполнителем из алюминия или пропитанной пластиком бумаги, поли-

Рис. 8. Взаимосвязь материалов, конструкций и технологии изготовления при разработке новых городских массовых транспортных средств:

мысль должна быть направлена на то, чтобы максимально использовать желательные свойства и нейтрализовать нежелательные свойства материалов, намечаемых к применению в конструкции. При выборе материалов конструкций необходимо учитывать следующие факторы: 1) экономические аспекты, связанные с общим ресурсом работы, и их взаимодействие; 2) обрабатываемость материала, позволяющую изготовить деталь требуемой формы или конструкции; 3) наличие материала нужной формы и размеров; 4) состав композиций и возможность определения требуемых характеристик; 5) объем предполагаемой продукции; 6) производственный процесс, требования к механической обработке, сборке и инструменту; 7) статические и усталостные свойства; 8) характеристики пластичности материала; 9) сопротивление воздействию окружающей среды; 10) противоударные свойства и сопротивление вандализму; И) термическое расширение и теплоизоляционные свойства; 12) проблемы безопасности при изготовлении и применении изделия; 13) установленные нормативы; 14) предварительные капиталовложения, расходы на проведение экспериментов; 15) наличие естественных сырьевых ресурсов; 16) возможность вторичного использования отходов; 17) легкость транспортировки материалов и изделий; 18) корпоративную и частную инициативу; 19) глобальные факторы: международные, государственные, политические и коммерческие.

Значительная часть одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов принимает активное участие в процессах разрушения материалов конструкций и сооружений. Они стимулируют известные процессы коррозии металлов и старения полимеров, а отдельные виды могут вызывать специфические разрушения — био-

Развитие микроорганизмов неразрывно связано с окружающей; средой. Жизнедеятельность их зависит от внешних воздействующих, факторов, которые можно разделить на физические, химические и биологические. Процессы повреждений материалов конструкций и сооружений с участием микроорганизмов необходимо изучать с: учетом этих факторов.

Микологическая (грибная) коррозия — разрушение металлов и металлических покрытий при воздействии агрессивных сред, формирующихся в результате жизнедеятельности мицелиальных (несовершенных, плесневых) грибов. Она является частным случаем биоразрушения материалов конструкций в специфических условиях эксплуатации.

Второй этап — адсорбция микроорганизмов и загрязнений на поверхностях материалов конструкций. Это важнейший этап в ме-

Рекомендуем ознакомиться:
Моделирующие устройства
Модернизации оборудования
Максимальной мощностью
Модулированных колебаний
Молекулярная теплопроводность
Молекулярной структурой
Молекулярного кислорода
Молекулярно кинетическая
Молибдена наблюдается
Молибденом вольфрамом
Молотковых дробилках
Моментные соотношения
Моментного состояния
Максимальной плотностью
Монокристаллов тугоплавких