Наступления разрушения

Критерий разрушения устанавливает условие наступления предельного состояния равновесия. В состоянии предельного равновесия внешнее усилие и характерный размер разреза (трещины) связаны функциональной зависимостью. Критерий разрушения является дополнительным уравнением к уравнениям теории упругости для тел с тонкими разрезами еще не создает теорию трещин, в то же время основной вопрос теории трещин - установление и изучение критерия разрушения.

где to - период времени от начала ввода в эксплуатацию до остановки с целью проведения диагностирования [2]. Вре-мй до наступления предельного состояния остаточный ресурс при последующей эксплуатации оборудования определяется по формуле:

В процессе эксплуатации изделий важное значение имеет долговечность их службы. Долговечность — это свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние изделия определяется в зависимости от его схемо-конструктивных особенностей, режима эксплуатации и сферы использования.

Следует шире применять метод моделирования эксп л>у а т а-ц и о н н ы х условий, заключающийся в стендовых или эксплуатационных испытаниях машин на форсированном режиме в условиях, заведомо более тяжелых, чем нормальная работа машины. В этом случае машина проделывает в сжатые сроки цикл, который при нормальной ее работе длится несколько лет. Испытания ведут до наступления предельного износа или даже до полного или частичного разрушения машины, периодически их приостанавливая для замера износов, регистрации состояния деталей и определения признаков приближения аварий.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспо собное состояние изделия до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Предельным называется состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо и^и нецелесообразно, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. Предельное состояние наступает после исчерпания ресурса. После наступления предельного состояния изделие списывается или направляется в ремонт.

Работоспособность оборудования (трубопроводы, сосуды, аппараты и др.) зависит от качества проектирования, изготовления и эксплуатации. Качество проектирования, в основном, зависит от метода расчета на прочность и долговечность, определяется совершенством оценки напряженного состояния металла, степенью обоснованности критериев наступления предельного состояния, запасов прочности и др. В области оценки напряженного состояния конструктивных элементов аппарата к настоящему времени достигнуты несомненные успехи. Достижения в области вычислительной техники позволяют решать практически любые задачи определения напряженного состояния элементов оборудования. Достаточно обоснованы критерии и коэффициенты запасов прочности. Тем не менее, существующее методы расчета на прочность и остаточного ресурса требуют существенного дополнения. Они должны базироваться на временных факторах (коррозия, цикличность нагружения, ползучесть и др.) повреждаемости и фактических данных о состоянии металла (физико-механические свойства, дефектность и др.).

Методики должны регламентировать методы определения ресурса безопасной эксплуатации сосудов, аппаратов и трубопроводов (оборудование), работающих при различных эксплуатационных условиях, в том числе при коррозионном воздействии рабочих сред. В результате расчетов устанавливается индивидуальный остаточный ресурс оборудования - продолжительность эксплуатации от данного времени до наступления предельного состояния или до ближайшего диагностирования, в пределах которого обеспечивается безопасность эксплуатации аппарата.

Время до наступления предельного состояния (остаточный ресурс) при последующей эксплуатации оборудования можно определить по формуле

Долговечность конструктивного элемента аппарата (время до наступления предельного состояния) при пластическом деформировании определяется интегрированием

Работоспособностью называется состояние объекта, при котором он способен выполнять свои функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией. Безотказностью называется свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или наработки. Долговечностью называется свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Для оценки квазихрупкого разрушения сварных соединений с концентратором при ненулевом радиусе вершины в работе Винокурова В.Н. предложен критический коэффициент! интенсивности деформаций Vc (аналог Кс). Этот параметр определяется в момент наступления разрушения и отражает пластические свойства и остроту в вершине концентратора:

воздействия Х\, Х2, ..., Xj, каждый из которых приводит к эквидистантному смещению зависимости (1.4) по отношению к выявленной аналогичной зависимости для тестовых условий, в которых определена величина константы (Д,)0. К одному и тому же объему пластически деформируемого материала можно прийти разными способами, варьируя параметрами соотношения (1.5). При этом диапазон изменения объема пластически деформируемого материала до наступления разрушения ограничен способностью (свойство) материала реализовывать свои пластические свойства. Это свойство в полной мере может быть реализовано в тестовых условиях опыта, что соответствует затратам энергии на деформирование материала. Поэтому зависимость объема пластически деформируемого материала от напряженного состояния в тестовых условиях опыта становится энергетической характеристикой способности материала реализовывать работу пластической деформации независимо от способа подвода энергии к нему. Она показывает способность любого объема металла к пластическому деформированию, в том числе перед вершиной концентратора напряжений или трещины во всем возможном диапазоне изменения степени стеснения пластической деформации.

в этом смысле представляет уже рассмотренное поведение цементированного карбида. Много подобных примеров можно найти в поведении неармированного бетона, скальных пород, композитов, армированных волокнами, и других полезных составных материалов. Значительная неупругая податливость, вязкость и нелинейность зависимости о(е) этих материалов на микроуровне едва ли проявляются на макроуровне до наступления разрушения при нагружении материала растягивающими и касательными напряжениями.

Наряду с развитием расчетных методов оценки долговечности деталей машин при циклическом нагружении [82—84] проводится широкое исследование структурных изменений металлов и сплавов, цель которого — не только выяснение физической природы усталости, но и поиск структурных критериев, позволяющих определить усталостные повреждения до наступления разрушения.

По достижении определенного количества циклов у корня надрезов появляются трещины, которые начинают распространяться в направлении осевой линии образца. В процессе испытания было зарегистрировано число циклов при котором появилась первая трещина; в определенных материалах измерялась длина распространяющейся трещины вплоть до наступления разрушения. На кривых длин трещинг показанных в зависимости от числа термических

чена С. Бери [111,96]. При напряжениях 20 кГ/мм2 Д. Г. Хайнс [111,91] получил зависимость, близкую к приведенным выше. Однако при напряжениях более 20 кГ/мм* наблюдается перелом на прямой в полулогарифмических координатах. Зависимость между временем до наступления разрушения и величиной нагрузки выражается двумя пересекающимися прямыми, что, возможно, связано с достижением предела текучести,

увеличивает время до наступления разрушения образца с нескольких минут до 94 суток. Ф. А. Чемпион [111,209] также считает, что кислород необходим для коррозионного растрескивания и изъятие его останавливает процесс. П. Ж. Жильберт [111,214] показал, что сплав алюминия с концентрацией 7% магния не подвергается растрескиванию в деаэрированном растворе в течение 97 суток. После введения в раствор кислорода образец разрушался через 43 мин. В другом случае образец разрушался в растворе, содержащем кислород, через 28 час, а в деаэрированной среде — только через 31 сутки. Деаэрация раствора значительно тормозит развитие коррозионного растрескивания. Но поскольку коррозионное растрескивание все же и в деаэрированных растворах наблюдается, хотя и по прошествии значительного времени от начала испытаний, коррозионный процесс в случае коррозии под напряжением может протекать также и с водородной деполяризацией. Альтгоф [111,215] установил, что в процессе коррозионного растрескивания сплавов алюминия с медью выделяется водород. К. Эделеану [111,211] указывает, что водород выделяется из трещин, причем процесс интенсифицируется к моменту разрушения. Если нагрузку снять, то выделение водорода продолжается еще значительное время. П. Ж-Жильберт [111,214] считает, что выделение водорода из трещин прекращается с деаэрацией раствора, при этом потенциал сплава алюминия с магнием и медью смещается с —0,67 в до —1,43 в.

П. Ж- Жильберт [111,214] приводит следующие данные по влиянию рН 3-процентного раствора хлористого натрия на время до наступления разрушения образца (табл. II1-45). Из данных таблицы следует, что с ростом рН до величины 9,0—10,0 скорость коррозионного растрескивания резко уменьшается, При этом следует помнить, что в щелочных средах скорость общей коррозии алюминия и его сплавов значительно увеличивается. Приведенные данные свидетельствуют о том, что явление коррозионного растрескивания объясняется наличием на поверхности металла участков, активированных тем или иным образом на фоне основного запассивированного металла. В том случае, когда вся поверхность металла активируется (при помещении в щелочную среду), скорость общей коррозии возрастает, но отсутствуют участки преимущественного растворения, по которым в дальнейшем могут развиваться трещины. С другой стороны, по данным Ю. Р. Эванса [111,212], следует, что время до разрушения образцов алюминиевого сплава с концентрацией 7% магния при увеличении рН 3-процентного раствора хлористого натрия от 5 до 8,0 практически не изменяется. При этом указывается, что если при рН 5 не разрушалось ни одного образца из 10, при рН 5,9—6,6 разрушались 1—2 образца, то при рН 7,49—8,0 разрушались все 10 образцов. Контакт алюминия, легированного

соединения из сталей 10, 35, 45 и 40Х с резьбой Мб, М12, М12х 1 и М24. Образцы охлаждались парами азота. Наряду с регистрацией разрушающих нагрузок определялось среднее относительное удлинение (на базе 8 ... 17 мм) к моменту наступления разрушения 8Р. На рис. 5,30 показаны кривые изменения разрушающей нагрузки Fp, предела прочности материала (сталь 45 в состоянии поставки) ав и резьбового соединения а;, а также^относительнои деформации 8 для соединения с нарезанной резьбой М12. Видно, что при понижении температуры предел прочности несколько возрастает. Однако интенсивное снижение пластичности ограничивает применение стали 45 как конструкционного материала уже при t ^ _60 °С. Выполнение перехода от резьбы к гладкому стержню в виде проточки не улучшает условий работы соединения. Болты из сталей 10 и 40Х (после термообработки) сохраняют высокие пластические свойства до t = —60 °С.

сти трения, до наступления разрушения или износа упрочненного

уменьшается с увеличением mh : о~с = <у„ (1-mi,). Параметр 0СтР, как и 1С, зависит от размеров трещины и детали. С использованием данного критерия в работе разработаны методы расчетного определения предельных нагрузок труб и сосудов с различными дефектами [105, 130]. Для оценки квазихрупкого разрушения сварных соединений с концентратором с ненулевым радиусом в вершине в работе В.А. Винокурова предложен критический коэффициент интенсивности деформаций ис (аналог К). Этот параметр определяют в момент наступления разрушения. Он отражает пластические свойства и остроту в вершине концентратора: и = emax Jp-~zcl>KEJp, где етах - максимальная