Механического повреждения

(б) Ограничения на поведение конструкции. Скалярная величина (например, упругая податливость), представляющая существенную особенность механического поведения В, должна иметь заданное значение С. Предполагается, что эта скалярная величина характеризуется глобальным минимальным принципом вида

27. Иванова В. С., Кузеев И. Р., Закирничная М. М. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов.- Уфа: Изд-во УГНГУ, 1998.- 363 с.: ил.-Библиогр.: с. (47 назв.)

Иванова B.C., Кузеев И.Р., Закирничная М.М. Синергетика и фракталы. Универсальности механического поведения материалов.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998.- 363 с.- ISBN 5-7831-0190-7.

Рассмотрены обладающие свойством универсальности принципы макротермодинамики, синергетики и фрактальной физики. На базе этих принципов развита междисциплинарная методология анализа механического поведения материалов в критических точках, позволившая установить универсальные связи параметров, контролирующих эти точки, с фрактальной размерностью структуры среды вблизи неравновесных фазовых переходов.

Капица С.П. и др. [1] в увлекательно написанной книге «Синергетика и прогнозы будущего» отметил, что на пути междисциплинарного подхода «могут возникнуть неожиданные обобщения и новое видение решаемых проблем». Такое новое видение проблемы механического поведения материалов с позиции макротермодинамики, синергетики и фрактальной физики и предлагается читателю.

ФРАКТАЛЬНО - СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

В настоящей главе изложены синергетическая методология анализа механического поведения материалов, учитывающая универсальность и масштабную инвариантность параметров, контролирующих неравновесные фазовые переходы. Междисциплинарный подход к решению проблемы установления фундаментальных свойств материала, позволил установить взаимосвязь между различными механическими свойствами и предложить алгоритм расчета механических свойств по данным модельных испытаний. Лауреат Нобелевской премии И. Пригожий предвидел это, написав: «Итак, оказывается, что столь важные и широко распространенные механические явления, как пластичность и текучесть, невозможно исследовать на чисто механической основе! Вместо этого их следует рассматривать как часть общей проблематики нелинейных динамических систем, работающих вдали от равновесия. Нам представляется, что уже само осознание этого обстоятельства есть существенное продвижение в области науки о материалах».

Дальнейший прогноз свойств связан с использованием итерационного метода, отражающего связь между параметрами предыдущего события и последующего. Отличие синергетического метода анализа механических свойств от методов сплошной среды связано с учетом деградации сплошной среды в связи с ее эволюцией от сплошной в дискретную (фрактальную). Развиваемый новый подход к анализу механического поведения твердых тел базируется на представлениях В.И. Вернадского о единстве природы. Однако на пути познания сложного потребовалось искусственное выделение из объектов и явлений природы определенных качеств и свойств и отнесение их к различным областям. К примеру, изучение свойства воды быть мокрой, т.е. способной смачивать другие объекты, он отнес к области физики поверхностных явлений. Свойство воды быть прозрачной было отнесено к оптике. Вопрос, из чего состоит вода и какова ее структура, стал изучаться различными разделами химии.

Кинетическая теория С.Н. Журкова открыла, как будет показано в разделе 4.8, возможности прогнозирования механического поведения материалов при ползучести большой длительности по данным кратковременных испытаний на активное растяжение при заданной служебной температуре.

4.6. Универсальность механического поведения усталостных трещин в сплавах

Дальнейшее решение проблем материаловедения и, в частности, проблемы механического поведения материалов, будет зависеть от скорости распространения синергетического мышления, так как развитие знания - это нелинейный процесс [46], как отметил С.П. Капица и др. [47]: «Принципиальным становится вопрос, что и как быстро люди готовы понять и принять, как изменяется их восприятие мира и себя, какие смыслы и ценности можно и нужно сохранить, а от чего придется отказаться. Одним словом, все эти проблемы следует отнести к междисциплинарным».

Центробежные цасосы состоят из кислотоупорного керамического корпуса; кислотоупорного колеса-ротора, посаженного па стальном валу; металлического кожуха, предохраняющего от возможности механического повреждения керамического корпуса; общей металлической плиты для насоса и мотора. Насосы изготовляются производительностью до 80 м3/ч при 3000 об/мин. Поршневые насосы изготовляют одноцилиндровыми и двухцилиндровыми; они состоят из одного или двух керамических кислотоупорных корпусов с приемными и нагнетательными штуцерами, одним или двумя плунжерами, смонтированными с металлическими деталями. Поршневые насосы изготовляются про-

Инструкции по технике безопасности должны быть вывешены на видных местах. Правила безопасного обслуживания отдельных агрегатов (ГТУ, пылеуловителей, насосов и др.) должны быть подробно изложены в инструкции по эксплуатации данного агрегата. Рабочее место необходимо содержать в чистоте. Лестницы с перилами всегда должны быть исправными. Все лотки и каналы следует закрывать рифленым железом. Все движущиеся части машин (валы, муфты и др.) должны иметь кожухи или ограждения. Горячие поверхности (газоходы, воздуховоды и др.) должны иметь изоляцию, обеспечивающую температуру поверхности не выше 60° С, а электроаппаратура и машины — защитное заземление или зануление, исправность которого периодически проверяется. Кабели необходимо надежно защищать от случайного механического повреждения. При ремонтных работах для освещения запрещено пользоваться светильниками напряжением выше 12 В. При производстве такелажных работ нельзя работать с такелажным оборудованием (тали, лебедки, домкраты, канаты), грузоподъемность которого неизвестна. Запрещается также пользоваться канатами и тросами с оборванными проволоками, находиться под поднимаемым грузом.

Лопасти спроектированы из условия обеспечения их эксплуатации по принципу безопасного ресурса. Однако в эксплуатации имели место несколько случаев разрушения лопастей в воздухе из-за производственного дефекта и механического повреждения (рис. 11.2, 11.3). Это поставило вопрос о введении периодического контроля лопастей на предмет выявления в них усталостных трещин. В связи с этим были проведены комплексные исследования закономерности развития усталостных трещин в лопастях с использованием данных о лопастях, которые прошли ресурсные испытания на стенде по различным программам и были доведены до разрушения. Данные о разрушенных лопастях представлены в табл. 11.1.

Помимо того, оказалось, что при повышении усталостной прочности лопатки в районе бобышек ее разрушение происходило с некоторым опережением по полке, а далее в районе бобышек или этот процесс развивался одновременно. То есть изменение геометрии изменило напряженность лопатки, и ее разрушение происходило при большей наработке, но с другими закономерностями. Возникновение трещин по двум сечениям лопатки приводило к тому, что в результате разрушения по двум сечениям почти вся отделившаяся лопатка попадала в воздушный тракт двигателя. При своем движении в проточной части двигателя она создавала предпосылки для последующего механического повреждения остальных лопаток, что инициировало усталостное разрушения лопаток более высоких ступеней компрессора двигателя. Ранее имевшие место случаи разрушения лопаток по основанию у цапфы или у наружной полки не вызывали отделения всей лопатки, если не происходило отделения части лопатки по сложной траектории с возвращением к кромке лопатки, у которой она стартовала. В конечном итоге разрушение лопатки по двум сечениям приводило к отказу двигателя в полете, и такой вид дефекта уже стал опасным для работы двигателя.

При проектировании двигателей для лопаток возможна оценка длительности роста трещины из условия, что после нанесения механического повреждения трещина в них начинает распространяться. Расчеты периода роста трещины подразумевают в первую очередь знание того, какие нагрузки, с какой частотой и длительностью действия за ПЦН вызывают продвижение трещины. В результате этого становится возможной оценка длительности развития трещины в ПЦН. Корректировка результатов расчета по мере накопления информации о реализуемом развитии трещин неизбежна и ее эффективность определяется тем, чтобы количество полетов между соседними осмотрами не превышало периода роста трещины.

В имевшем место ранее случае разрушения рабочей лопатки VIII ступени компрессора на двигателе НК-8-2у № А82У93202 (№ 23 в табл. 2.5) оценка длительности развития усталостной трещины в лопатке показала, что она составляла 52 ПЦН или примерно 104 ч. Существенно меньшая длительность развития трещины в рассмотренном выше случае объясняется тем, что концентратор напряжения в виде механического повреждения располагался на входной кромке пера лопатки значительно ближе к корневому сечению, чем в предыдущем случае. Из-за этого величина напряжений от вибраций лопатки по основному тону, которые определяют ее вибрационную прочность, была заметно выше в рассматриваемом случае.

Очаг разрушения лопатки расположен со стороны ее спинки и в нем отсутствуют какие-либо признаки механического повреждения материала или наличия дефектов материала. Все это свидетельствовало о естественном зарождении и развитии усталостной трещины в материале лопатки после ее повреждения. Механическое повреждение в результате возможной деформации отсутствовавшей части пера лопатки вызвало нарушение геометрии путем изгиба лопатки и привело к изменению ее резонансных характеристик, что и определило быстрое зарождение и распространение усталостной трещины.

многих других типов металлоизделий в антикоррозионную бумагу, содержащую алифатические или алициклические амины, а также их соли. Нарушение герметичности упаковки не является следствием ее механического повреждения, а носит характер химического процесса, сопровождающегося набуханием и растворением целлюлозных волокон.

Гравий Разрушенные и отшлифованные От белого до темно-серого 40-200 6 — 2 (мелкий) 20—6 (сред- SiO2 Имеется опасность механического повреждения пассивной защиты; грунт

Щебень Грубая галька (булыжник) В зависимости от вида породы 40—200 60 В основном силикаты Повышенная опасность механического повреждения пассивной защиты

Типичными примерами толстослойных покрытий являются полимерные покрытия и покрытия на основе битумных мастик. Толщина таких покрытий превышает 1 мм. Битумные материалы наносят в расплавленном виде. Покрытие труб полиэтиленом (ПЭ) осуществляется экструзией или с применением клея, обеспечивающего сцепление полиэтилена со сталью, или путем наплавления порошкового полиэтилена [И, 3]. В последнее время находит применение еще одна система толстослойного покрытия полиуретан — каменноугольный пек; это покрытие обычно наносят распылением в виде двухкомпонентной смеси [4]. Основной областью применения толстослойных покрытий являются подземные и морские трубопроводы и подземные резервуары-хранилища. Все покрытия имеют общее назначение — разъединить защищаемую поверхность и коррозионную среду. Полностью разъединить компоненты, участвующие в реакции в среде, в принципе невозможно, поскольку все органические материалы покрытий, хотя и в различной степени, поглощают воду и пропускают водяной пар и кислород. Кроме того, нельзя исключить и возможность механического повреждения покрытий. Основные требования к покрытиям, которые должны обеспечивать длительную защиту от коррозии, сводятся к следующему [5, 6]: