Объемности напряженного

Первопричиной хрупких разрушений нефтегазохимиче-ской аппаратуры является сложность напряженного состояния металла конструктивных элементов корпуса аппарата: объемность напряженного состояния, особенно в местах концентраторов напряжений; пониженные (хладноломкость) или повышенные (химическая неоднородность и ползучесть) температурные условия эксплуатации и повышенные эксплуатационные нагрузки.

К водородному охрупчпвапшо наиболее чувствительны высокопрочные пизкопластпчные сплавы, для которых характерна высокая степень трехоспостп напряженного состояния и высокий градиент напряжений впереди вершины трещины, являющийся прпчипои проникновения водорода в зону предразрушения. С другой стороны, дефектная неравновесная структура таких сплавов является наиболее уязвимой с точки зрения водородного охруп-чивания. При переходе к более пластичным и менее прочным материалам снижается объемность напряженного состояния, его зона смещается дальше от вершины трещины, при этом падает градиент напряжений. Все это сказывается на условиях переноса водорода в зопу предразрушения и накопления там критической концентрации, необходимой для образования сепаратной микротре-щины.

Введение относительной деформации в какой-то мере учитывает объемность напряженного состояния в вершине трещины. Скачок трещины реализуется в цикле нагружения в тот момент, когда деформация в плоскости трещины, соответствующая поперечному сужению в процессе монотонного растяжения, не исчерпывается полностью. Применительно к исследованным материалам при частоте нагружения 1,0 Гц было получено

где ар — коэффициент, характеризующий срезание пика напряжений за счет пластической деформации; г) — коэффициент, учитывающий объемность напряженного состояния; Xq> — относительное увеличение допустимого напряжения при пределе выносливости вследствие действия «поддерживающих сил».

ными), показало применимость силовых и деформационных критериев для определения текущих и предельных состояний. Значительную ценность для определения прочности элементов сварных конструкций представляют исследования закономерностей деформирования и разрушения при длительном нагружении образцов с мягкой прослойкой, в которых неоднородность и объемность напряженного состояния порождается неоднородностью механических свойств.

В местах концентрации нормальных напряжений имеет место также концентрация касательных напряжений; на распределении касательных напряжений сказывается объемность напряженного состояния в зоне концентрации.

сказывается объемность напряженного состояния в зоне концентрации.

Наблюдается противоположное влияние двух факторов: неравномерность распределения напряжений снижает прочность стержня, а объемность напряженного состояния вызывает повышение прочности. Чем пластичнее материал, тем в большей степени сказывается влияние второго фактора. Малопластичные материалы (титановые сплавы, чугун и др.) весьма чувствительны к концентрации напряжений; их несущая способность может снижаться (в отличие от пластичных материалов) даже при статических нагрузках.

объемность напряженного состояния и т. п.). Вместе с этим они

К водородному охрупчпваппю наиболее чувствительны высокопрочные ппзкопластичные сплавы, для которых характерна высокая степень трехосностп напряженного состояния и высокий градиент напряжений впереди вершины трещины, являющийся причиной проникновения водорода в зону предразрушенпя. С другой стороны, дефектная неравновесная структура таких сплавов является наиболее уязвимой с точки зрения водородного охруп-чпвания. При переходе к более пластичным и менее прочным материалам снижается объемность напряженного состояния, его зона смещается дальше от вершины трещины, при этом падает градиент напряжений. Все это сказывается на условиях переноса водорода в золу предразрушения и накопления там критической кон-центращш, необходимой для образования сепаратной микротре-щпны.

— возможное проявление эффекта контактного взаимодействия, вызывающего объемность напряженного состояния вблизи межслойной границы и, как следствие, повышение сопротивления упру-гопластическим деформациям.

Напряженное состояние материала у вершины усталостной трещины даже в случае внешнего одноосного растяжения при раскрытии берегов усталостной трещины перед ее вершиной является объемным. Переход к внешнему воздействию по нескольким осям не нарушает объемности напряженного состояния материала у вершины трещины и не изменяет условия раскрытия ее берегов, если в процессе распространения усталостной трещины реализуются механизмы роста трещины, подобные механизмам разрушения при одноосном внешнем циклическом растяжении. Поэтому при различном сочетании уровня действующих нагрузок по нескольким осям всегда имеется некоторая область их значений, в которой развитие разрушения качественно аналогично ситуации с одноосным растяжением — на вершине распространяющейся усталостной трещины осуществляются упорядоченные переходы к возрастающим масштабным уровням разрушения, каждому из которых отвечает определенный механизм роста трещины. Это представление отвечает регулярному нагруже-нию материала без эффекта влияния смены режимов нагружения на рост трещин.

особенности изломов. При большой «шейке» (большая сосредоточенная деформация и высокая степень объемности напряженного состояния) фокус разрушения располагается-в центре сечения образца, т. е. не определяется локальными свойствами материала; при малой «шейке» (меньшая степень-объемности напряженного состояния в центре образца вследствие малой деформации) фокус излома, как правило, смещен относительно центра и связан с каким-либо случайным слабым, местом в материале. Такое явление наблюдалось, например, на разрывных образцах титанового сплава — при увеличении содержания в нем железа.

Влияние объемности напряженного состояния на характер разрушения и строение излома проявляется в результатах сравнительного микрофрактографического анализа изломов гладких разрывных образцов из стали ЗОХГСНА диаметрами 40 и 8,5 мм. В образцах диаметром 8,5 мм (0В = 1,81 ГН/м2,, ф=*= 52%) разрушение в центре дна чашечки ни в макро-, ни в микромасштабе не выглядело хрупким. В образцах диаметром 40 мм (ав=1,87 ГН/м2, г> = 35%) при макрохрупком цент-

•Применение цилиндрического образца сплошного сечения (рис. 13,6) повышает надежность в определении размаха упругопластической деформации путем непосредственной регистрации циклической упругопластической деформации с помощью поперечного' экстензометра в зоне формирования разрушения [40]. Следует подчеркнуть, что .при испытании на термическую усталость цилиндрических сплошных образцов становится актуальной оценка влияния объемности напряженного состояния на условия формирования предельного состояния. При сравнительно «мягких» режимах термоциклического нагружения (используемых в испытаниях на термическую усталость) медленным нагревом (скорость 10°С/с) и естественным охлаждением (5° G/c) образца, как показывают специальные исследования, поперечный градиент температур не превышает 20—30°С. Тангенциальные и радиальные напряжения,.-как ^пока^ано в р,абота

Для зоны в вершине трещины величина ц( принимается равной 0,5. Разрушающая деформация ё/ в вершине трещины определяется через логарифмическую предельную деформацию ё*а в шейке гладкого образца с учетом объемности напряженного состояния в ширине трещины [62]

В критерий включены три константы: A, S и т; две из них не новы: А может быть связана с истинным удлинением при разрыве и сопротивлением на разрыв, a S — это аналог сопротивлению отрыву. Таким образом, предлагаемое обобщение достигается довольно экономными средствами. Единственная новая введенная константа — показатель охрупчивания материала в объемном напряженном состоянии т — необходима по существу. (Фактически т это параметр, позволяющий построить одну кривую, подходящую асимптотически к двум пересекающимся прямым; такая кривая должна быть гиперболой — А. Ф.) Потребность в ней ощущалась давно, так как хотя при оценке материалов много говорилось о влиянии объемности напряженного состояния на предельные пластические деформации, тем не менее никакой количественной меры этого качества до сих пор, насколько известно, предложено не было.

Интерполяционные методы расчета деформаций апробированы преимущественно на простейших элементах конструкций при реализации в основном плоского напряженного состояния в исследуемой зоне и одноосного в примыкающих к ней зонах. Однако фактор объемности напряженного состояния как в исследуемой зоне детали, так и во всем характерном сечении является определяющим в формировании процесса упругопластического деформирования. В связи с этим необходимо обосновать правомерность использования в инженерной практике существующих интерполяционных соотношений для оценки максимальных упругопластических деформаций при различных видах НДС и скорректировать их с учетом фактора объемности.

а) зоны развития деформаций пластичности и ползучести локализованы в зонах концентрации напряжений; б) концентрация напряжений при упругопластическом нагружении .снижается и максимум напряжений смещается к границе упругой зоны, концентрация деформаций по мере их развития непрерывно возрастает, а точки, «оторые имели наибольшие деформации в условиях упругости, остаются «неподвижными»; в) с увеличением степени объемности напряженного состояния размеры зон пластичности уменьшаются.

объемности напряженного состояния и более высоких свойств материала в зонах концентрации напряжений. Исследования показали [1], что для некоторых низколегированных сталей температура перехода в хрупкое состояние (установленная на образцах Д^ТТ, отвечающая 80 % вязкой составляющей) многослойного пакета с толщиной одного слоя 4 мм и общей толщиной 20 мм по сравнению с монолитным металлом такой же толщины снижается на 35—40 °С. При этом значительный эффект достигается как при статическом, так и при взрывном и ударном воздействии нагрузок. В монолитных же стенках исключить инициирование хрупкого разрушения очень трудно.

мальных амплитуд деформации е,пах в зонах концентрации это-означает уменьшение долговечности от Ne до 7Vc'T'r. Эффекты неоднородности и объемности напряженного состояния оцениваются по данным испытаний образцов с концентрацией напряжений и при варьировании главных напряжений о^, а2, 03. Экспериментальное определение величин ес в зонах концентрации напряжений, требует существенного развития и расширения применения таких методов, как высокотемпературные методы муара, сеток, малобаз-ной тензометрии. Наиболее сложным в направлении анализа уравнения (1.3) остается вопрос об изменении ес при увеличении тэ до 104—106 ч и N3 до 103—10е.

висит от параметров %, 0, сочетания, количества и соотношения свойств слоев. При уменьшении относительной толщины композитной прослойки ее прочность в условиях квазихрупкого состояния может снижаться или возрастать (рисунок 4.52). Чем тоньше прослойка, тем вероятнее реализация квазихрупкого разрушения. Регулируя соотношения запаса вязкости количеством и сочетанием слоев, удается в широком диапазоне варьировать характеристики квазихрупкого разрушения сварных соединений с композитной прослойкой. Анализ напряженно-деформированного состояния мягких прослоек позволяет давать обоснованные рекомендации по обеспечению работоспособности сварных соединений. В частности, предпочтительными схемами композитных швов следует считать те, у которых участки с повышенной степенью объемности напряженного состояния (центральная область) и концентрации деформаций (угловые точки) завариваются электродами с высоким запасом вязко-пластических свойств.