Напряжениях составляющих

пряжениям в стенке трубы 100-110% от сертифицированного предела текучести стали в течение короткого промежутка времени. При этом предварительно осуществляется более длительная выдержка при давлениях, соответствующих напряжениям в стенке трубы на 15-20% хниже стт. Такой режим испытаний обеспечивает максимальную безопасность проводимых работ и максимальную "выжигаемость" дефектов. Выбор указанного режима был основан на исследованиях А.Р. Даффи и Ж.М. Мак-Клура [2], показавших, что протяженные дефекты при напряжениях, соответствующих пределу текучести стали, но меньше критических для данного вида дефекта, не развиваются. Наибольшее количество трещин выявляется при напряжениях в стенке трубы 0,9-1,1 <тт, то есть напряжениях, достигающих величины "текущего напряжения". Однако в ряде случаев разрушения трубопроводов происходят и после таких переиспытаний. То же самое отмечается и в нашей стране. С целью выяснения причин этого явления были проведены металлографические исследования темплетов очаговых зон КР (рис. 30), отобранных на магистральных газопроводах после переиспытаний избыточным давлением [4]. При этом было установлено, • что для трещин не превышающих критические размеры, при переиспытаниях происходило изменение механизма их развития от хрупкого к вязкому (от вершины трещины под углом около 45° начинала подрастать вязкая трещина). При дальнейшей эксплуатации магистральных газопроводов трещина КР развивалась по хрупкому или смешанному механизмам. Причем для трещин небольшого размера характерен хрупкий механизм их дальнейшего развития вследствие КР, а для глубоких трещин — вязкий механический долом. Таким образом, избыточные механические напряжения при переиспытаниях изменяли хрупкий механизм разрушения на более энергоемкий - вязкий. Причем образовавшаяся вязкая трещина либо вызывала разгерметизацию трубы вследствие вязкого долома и '.'выжигала" таким образом дефект, либо останавливалась в своем развитии, и в дальнейшем, при эксплуатации магистральных газопроводов, инициировала продолжение процесса КР. Кроме того, как показал проведенный анализ разрушений, в очаговых зонах, как правило, присутствовали не одиночные трещины, а их система. В этом случае отмечалось отличие механизма воздействия избыточных давлений на развитие разрушения. Так, проведенные исследования ряда очагов КР, имеющих систему трещин, показали,

пульсирующей нагрузкой, при напряжениях, соответствующих рабочим и с обязательным учетом упругости стягиваемой системы).

В настоящее время сжовным методом диагностики КР является переиопытание участков МТ избыточным давлением жидкости или газа. Так, по данныы зарубежных исследований, ь.лболыаее количество очагов растрескивания было выявлено именно лим методом, По рекомендации института Баттеля (США) такие испытания за рубежом .ро-водятся при давлениях, соответствующих расчетным кольцевым напряжениям в стенке трубы 100...110% от сертифицированного предела текучести стали, в течекле короткого промежутка времени. При атом предварительно осуществляется более длительная выдержка при давлениях, соответствующих напряжениям в стенке трубы на 15...20Х ниже 6Т, Такой режим испытаний обеспечивал максимальную безопасность проводимых работ и максимальную "выжигаемость" дефектов. Выбор указанного режима был основан на исследованиях А.Р. Даффи и Ж.Ы. Мак-Клура, показавших, что протяженные дефекты щ I напряжениях, соответствующих пределу текучести стали, но меньше, критических, для данного вида дефекта не развиваются. Наибольшее количество трещин выявлялось при напряжениях в стенке трубы 0,9...1.1 бт. Однако в ряде случаев разрушения трубопроводов происходили и после таких переиспытаний. То же самое отмечается и в нашей стра-

В дальнейшем эта формула Орована неоднократно уточнялась и экспериментально проверялась, но, как показал Эшби [146], она по-прежнему остается простейшим и в то же время достаточно точным выражением для оценки эффекта дисперсного упрочнения при напряжениях, соответствующих пределу текучести.

ределяется не только движением дислокаций, но и прежде всего процессом их размножения, причем последний: осуществляется в основном по механизму двойного поперечного скольжения [12, 107]. В случае двухфазных сплавов при напряжениях, соответствующих пределу текучести, необходимо соблюдать еще одно условие — условие обхода частиц дислокациями. Но поскольку поперечное скольжение и обход частиц дислокациями в данных сплавах можно 'считать взаимосвязанными [166, 174], то в условиях начала поперечного скольжения будет фактически учитываться и обход частиц дислокациями. . ,

На основании приведенного выше анализа механизмов дисперсного упрочнения и • экспериментальных наблюдений дислокационной структуры деформированных двухфазных сплавов [166] можно предположить, что процесс деформации при напряжениях, соответствующих пределу текучести, протекает следующим образом.

Если волокна пластичны, то поперечные напряжения на поверхности раздела между волокном и матрицей могут даже более заметно влиять на разрушение композита, поскольку при напряжениях, соответствующих образованию шейки и разрушению изолированных волокон, шейкообразО'Вание в волокнах композита стеснено. Естественно, такое влияние уменьшается с увеличением •содержания волокон, так как матрица, объемное содержание которой уменьшается, менее эффективно тормозит развитие шейки. .Этот эффект, обнаруженный Пилером [48] в системе серебро— -сталь, наблюдали также Милейко [45] при повышенных температурах в № — W и Келли и Тайсон [34] —в Си — Мо и Си — W.

Риплинг и'др. [64] исследовали воздействие влаги на разрушение образцов, в которых уже существовали трещины, при статическом нагружении, .относительной влажности воздуха 55 и 98% и напряжениях, соответствующих уровням энергии меньше Gc. Во всех случаях образование новых трещин наблюдается вблизи поверхности раздела выше и ниже движущегося фронта первичной треЩины (рис,'"19). Эти граничные трещины начинаются у края образца и распространяются внутрь, пока не достигнут противоположной стороны соединения или не пересекут фронта другой трещины, движущегося с противоположной стороны. При влажности 99% трещины возникают с обеих сторон фронта .первичной трещины, при меньшей влажности (55%) появляются только одна-две трещины. Возникая в поперечном направлении, граничные трещины продолжают распространяться вдоль адгезионного соединения,, удаляясь от точек приложения нагрузки. Для отдельных соединений была<*-ошределена зависимость скорости роста трещины от прилагаемого усилия (рис. 11). Во всех случаях существует некоторое критическое напряжение, ниже которого трещина не развивается, Если напряжение превышает критическую величину, скорость роста трещины возрастает, быстро приближаясь к предельной, после чего кривая скорости становится пологой. Скорость, соответствующая плато (10~3 см/с), достигается при напряжении, равном пре-

интенсивность циклического разупрочнения сильно зависит от уровня действующих напряжений и при напряжениях, соответствующих долговечности порядка 105 циклов и более, когда 0Я ^ <^ 0_! петли упругопластического гистерезиса практически не раскрывались (рис. 1.4.1, б, кривая 04).

Полученные значения теоретических коэффициентов концентрации напряжений показывают, что в наиболее нагруженной зоне сварного соединения при номинальных напряжениях, соответствующих пределу пропорциональности, возникают упруго-пластические деформации. При этом величины коэффициентов концентрации напряжений и деформаций должны быть скорректированы с учетом выхода материала за пределы упругости.

Поэтому, вероятно, склонность конструкционных сплавов с трещинами к упрочнению или разупрочнению при циклическом нагружении в диапазоне значений коэффициента асимметрии цикла /• == — 1 ч- 0,5 следует определять на гладких образцах при деформациях и напряжениях, соответствующих повторно-статическому и малоцикловому знакопеременному нагружению.

Нарушение сплошности материалов, образованных системой двух нитей, происходит при напряжениях, составляющих 50—70 % от прочности их на растяжение. Начало нарушений сплошности определяется переломом в диаграмме деформирования а (е) (см. рис. 4.4), в эксперименте при этом отмечается сильная акустическая эмиссия. При больших углах искривления волокон основы (9 > 30°) процесс нарушения сплошности в случае растяжения образцов в направлении искривленных волокон можно наблюдать визуально.

Трудность изучения усталостных кривых состоит в чрезвычайно большом разбросе циклической долговечности, затрудняющем четкое выявление хода кривой, поэтому для детального изучения ее характера наиболее правильно сделать статистический анализ экспериментальных данных. Авторам работы [99] был изучен закон распределения циклической долговечности на .заданных уровнях амплитуды напряжений. На достаточно большом количестве экспериментального материала было показано существование логарифмически нормального закона распределения значений долговечности титановых сплавов при заданных циклических напряжениях, составляющих 1,1 — 1,5 от установленного предела выносливости на базе 10 • 106 —10 • 107 цикл. .

В работе [8] исследован процесс развития усталостных повреждений и установлено, что можно построить диаграммы «условное напряжение — число циклов до разрушения» (S — N) для расслаивания и растрескивания смолы, а также для окончательного разделения образцов на части. Пример таких диаграмм приведен на рис. 6, откуда видно, что усталостное повреждение может возникать при напряжениях, составляющих очень малую долю статического предела прочности.

Титан имеет склонность к ползучести уже при комнатной температуре. Заметной становится ползучесть при напряжениях, составляющих 60% от от. В интервале температур 150—350 СС, находясь под нагрузкой, титан перестает ползти. При 350 °С ползучесть возникает снова и протекает тем интенсивнее, нем выше температура. Особый характер поведения титана в диапазоне температур 150—350 °С объясняется старением, происходящим под нагрузкой.

напряжений изучалось при осевом пульсирующем нагружении образца, т. е. при равномерном распределении активных напряжений. Тренировка образцов на пульсаторе производилась при верхних напряжениях, составляющих 0,35; 0,5; 0,7; 0,8 и 0,9 предела текучести стали (что соответствует 0,4; 0,58; 0,81; 0,93 и 1,04 предела усталости упрочненных образцов). Нижнее напряжение цикла во всех случаях было 2,8 кГ/мм*. Полученное изменение величины максимальных остаточных напряжений в зависимости от режима тренировки позволяет распространить положение о высокой устойчивости остаточных напряжений при многократных повторно-переменных изгибных нагруже.ниях и на случай повторно-переменных нагружений осевым растяжением. Так же, как и в предыдущих работах, отмечено, что некоторое снижение остаточных напряжений наблюдается лишь при высоких значениях растягивающей нагрузки — более 80% от предела выносливости.

Нарушение сплошности материалов, образованных системой двух нитей, происходит при напряжениях, составляющих 50—70 % от прочности их на растяжение. Начало нарушений сплошности определяется переломом в диаграмме деформирования а (е) (см. рис. 4.4), в эксперименте при этом отмечается сильная акустическая эмиссия. При больших углах искривления волокон основы (9 > 30°) процесс нарушения сплошности в случае растяжения образцов в направлении искривленных волокон можно наблюдать визуально.

Отметим также, что длительное сопротивление фарфора, особенно при высоких напряжениях, составляющих не менее 70 % среднего значения предела прочности, удовлетворительно описывается с помощью простейшего уравнения повреждений (3.2).

Вместе с тем установлено, что в реальных конструкциях в зоне примыкания патрубка пластические деформации возникают при весьма низких номинальных напряжениях, составляющих примерно 0,20Т. Поэтому для определения фактических внутренних усилий в этой зоне необходимо проведение испытаний крупномасштабных моделей, выполненных из натурного материала и нагруженных в упругопластической области. Кроме того, как отмечалось выше (см. гл. 1, 2, 3), для уточненных расчетов малоцикловой прочности необходимо учитывать кинетику деформированного состояния расчетных сечений при повторном нагружении. Для неосесимметричных задач теории оболочек перераспределение упругопластических деформаций на каждом цикле нагруже-ния может быть изучено в настоящее время преимущественно экспериментальным путем. Проведение таких экспериментальных исследований сопряжено с измерением полей упругопластических деформаций, характеризующихся значительным градиентом; при этом возникает необходимость измерения и регистрации больших пластических деформаций в процессе циклов нагружения и малых упругих деформаций при разгрузке. Из известных методов измерения полей упругопластических деформаций на плоскости обычно используются методы оптически активных покрытий, «муаровых» полос и малобазные тензорезисторы.

Для чугуна каждой марки существуют достаточно стабильные соотношения между различными механическими характеристиками. Так, например, отношение временного сопротивления изгибу к временному сопротивлению разрыву для чугуна СЧ 18-36 равно двум. Отношение временного сопротивления сжатию к временному сопротивлению разрыву равно четырем. Пределы упругости и текучести на диаграмме испытаний не проявляются. Чугун, как известно, не подчиняется закону Гука, и остаточные деформации появляются в них при относительно малых напряжениях. Это объясняется большим количеством графитовых включений. При напряжениях, составляющих 40—50% от временного сопротивления при растяжении, остаточные деформации достигают заметной величины. Диаграмма напряжение — удлинение представляет собой кривую, почти не имеющую прямолинейного участка. Иногда условно принимают величину предела текучести серого чугуна, равную 70% величины временного сопротивления растяжению.

При ав, б > 2ав. г соединения разрушаются, как правило, в результате среза витков гайки; прочность при этом наибольшая (кривая 1 на рис. 5.8). На рис. 5.9 показаны схемы деформации витков (рисунки шлифов) соединений стальных болтов М16 (ав = = 880 МПа) с гайками из стали (сгв = 435 МПа) и дуралюмина (ав = 474 МПа) при ступенчатом нагружении до разрушения. Согласно зависимостям, иллюстрирующим изменение относительной деформации соединения (по резьбовой части), небольшие пластические деформации в резьбе появляются уже при напряжениях, составляющих 40 % разрушающих. Интенсивный рост пластических деформаций начинается при напряжениях а = = (0,7 ... 0,9) ат; разрушение носит «взрывной» характер и сопровождается повышением температуры в соединении до 60 °С.

при заданных циклических напряжениях, составляющих 1,1—