Определяющих соотношений

Многообразие и взаимодействие факторов, определяющих прочность соединения покрытия с основой, а также отсутствие стандартной методики затрудняет, а иногда и делает невозможным сопоставление данных, полученных на образцах разных размеров и форм у различных исследователей. Практически еще не решены вопросы стандартизации образца, особенно в части геометрических размеров и форм штифта.

Из трех факторов, определяющих прочность, размер трещины больше всего зависит от дисперсной фазы. Вследствие различия в термоупругих свойствах отдельных фаз, их плохого сцепления и т. п. частицы и агломераты частиц могут служить источниками зарождения трещин и инициаторами разрушения. Теоретически и экспериментально показано, что размер трещин может быть доведен до минимума для получения высокой прочности, если в процессе изготовления композита выбирать дисперсию частиц малого размера. Таким образом, представляется возможным оптимизировать прочность композитов с дисперсными частицами, если определено влияние дисперсии на три фактора, определяющих прочность.

Уравнение разрушения Гриффитса не только устанавливает, что прочность тела связана с наличием трещины согласно анализу Инглиса, но показывает также, что реальная прочность материала зависит от размера трещины и двух характеристик материала. Таким образом, прочность материала определяется тремя факторами: энергией разрушения -у, модулем упругости Е и размером трещины с. Важное значение этого соотношения состоит в том, что представляется возможным проанализировать прочность материала в зависимости от этих определяющих прочность факторов. Для объяснения прочностных свойств композитов с дисперсными частицами необходимо исследовать влияние дисперсной фазы на каждый из указанных факторов. Прежде чем сделать это, обсудим две важные стороны концепции Гриффитса, так как они составляют основу этой главы.

В предыдущих трех разделах показано, что каждый из трех факторов, определяющих прочность, а именно энергия разрушения, модуль упругости и размер трещины, связан с дисперсной фазой. В связи с этими определяющими факторами обсуждены пять параметров композитов: 1) размер частиц, 2) объемное содержание, 3) связи по границам,~ 4) отношение модулей и 5) остаточные термические напряжения, т. е. различие в термическом расширении. Последний из них важен только в том случае, когда композит применяется или испытывается на прочность при температуре, отличной от температуры его изготовления.

Автор использовал основы механики разрушения для исследования влияния второй дисперсной фазы на прочность композитов с хрупкой матрицей при помощи трех факторов, определяющих прочность, а именно энергии разрушения, модуля упругости и размера трещины. Указанные факторы зависят от пяти параметров композитов, связанных с выбором фаз композитов и методом их изготовления: 1) размера частиц дисперсной фазы; 2) объемного содержания дисперсной фазы; 3) степени связи по поверхностям раздела; 4) отношения модулей упругости фаз и 5) различия в термическом расширении фаз.

Сейчас хорошо установлено, что не деформируемые пластически материалы не обнаруживают усталости обычного типа, свойственной металлам. Они подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением в некоторой агрессивной среде, при котором может происходить рост трещины во времени при постоянном номинальном приложенном напряжении (см., например, [39]). Когда такие материалы подвергаются циклическому нагружению, распространение трещины в условиях коррозионного растрескивания происходит ступенчато в течение растяжения каждого цикла напряжения. Разброс при этом типе разрушения может быть вызван начальным распределением поверхностных дефектов, определяющих прочность хрупких материалов, что было обсуждено в разд. II, или развитием коррозионных ямок на поверхности около неоднородностей, таких, как включения и т. д.

При нашем обсуждении вне поля зрения осталось множество работ, в которых рассматривался процесс разрушения в еще более мелком масштабе, а именно с учетом дислокаций в гетерогенных средах (см., например, [10, 13, 27, 61]). Эти исследования внесли существенный вклад в понимание свойств, определяющих прочность композита, и могут дать более правильное представление изложенной здесь концепции критического объема.

.ляющие, в частности, толщину масляной пленки в контакте как функцию конструктивных и эксплуатационных параметров, пока что не связаны с реальной долговечностью и износостойкостью зубчатых передач и не используются в практике конструирования. Это понятно, так как названные выше решения получены при естественной для них идеализации взаимодействия твердых тел и потока смазки (представляемой в теории только одним свойством — вязкостью), а при испытании зубчатых передач в полной мере проявляется физико-химическая активность смазочной среды, различным образом формируются микрогеометрия и свойства поверхностного слоя и т. п. Переход от решения совместной, контактной и гидродинамической задачи механики к созданию принципиально новых инженерных методов расчета на износ и долговечность зубчатых передач невозможен без экспериментального определения предельных значений комплекса условий, определяющих прочность масляной пленки в тяжелонагруженном контакте.

Смещение кромок стыкуемых листов в стыковых сварных соединениях, определяющих прочность сосуда, не должно превышать 10 % номинальной толщины тонкого листа, но быть не более 3 мм, а в других стыковых сварных соединениях 10 % номинальной толщины тонкого листа плюс 1 мм, но не более 4 мм. Смещение кромок в соединениях из биметаллов не должно превышать 70 % толщины облицовочного слоя.

тов линейного расширения применяемых конструкционных материалов при изотермических и неизотермических условиях. Одним из важнейших эксплуатационных факторов, определяющих прочность и ресурс, является температура. Температурный фактор проявляется не только в упомянутом выше возникновении температурных напряжений, но и в существенном изменении расчетных характеристик механических свойств конструкционных металлических материалов: увеличение температур приводит к снижению сопротивления упругопластическим деформациям, а их снижение — к потере пластичности.

Одним из важных факторов, определяющих прочность и ресурс роторов турбин, является их конструктивно-технологическое исполнение. В настоящее время в энергомашиностроении в качестве основных вариантов роторов (в зависимости от технологии изготовления) приняты роторы: цельнокованые с центральными отверстиями и без них, кованосварные, кованые, сборные с насадными дисками. Критериальные условия прочности и долговечности таких роторов зависят от средних механических свойств материалов и их неоднородности, вариации типов и размеров исходных дефектов, а также знаков и распределения остаточных

Полученные экспериментальные результатам находятся в согласив с предложенным подходом построения определяющих соотношений металлов, основанном на представлениях синергетики. Основой

определяющих соотношений:

Этот процесс можно рассматривать как представление среды в качестве однородной (обладающей, однако, усложненными свойствами) при помощи эффективных определяющих соотношений (30) с последующим возвращением к определению деталей механического поведения с учетом действительного строения материала, задаваемого функциями Cij(l).

Другой, менее трудоемкий с вычислительной точки зрения, подход к моделированию упругопластического деформирования элементов конструкций АЭУ заключается в использовании определяющих соотношений для полных деформаций [33].

Для описания сложных траекторий нагружения в этом случае необходимо использование дифференциальных определяющих соотношений теории течения, учитывающих влияние температуры, скорости деформаций [34, 36] и др.

Циклическое изменение температуры в процессе нагружения оказывает существенное влияние на деформационные свойства материала. При этом даже в нулевом полуцикле ход кривой деформирования в общем случае зависит не только от текущего значения температуры, но и от ее величины в предшествующие моменты времени. Однако для ряда практически важных случаев неизотермического нагружения, характеризующихся плавным изменением нагрузки и температуры, как показано в работах [1, 3], такая зависимость с допустимой для инженерных расчетов точностью и в связи с естественным разбросом экспериментальных данных может не учитываться и в качестве определяющих соотношений могут использоваться уравнения деформационной теории пластичности, связывающие конечные величины напряжений, деформаций и температуры. Для нулевого полуцикла принятие таких допущений эквивалентно гипотезе существовании поверхности неизотермического нагружения в координатах: напряжение, деформация, температура. Использование этой гипотезы при циклическом нагружении связано с введением дополнительных предположений относительно выбора параметра, определяющего начало отсчета напряжений и деформаций при построении поверхности неизотермического нагружения в полуцикле.

Таким образом, зависимости (5.4) и (5.5) позволяют описать в данном полуцикле мгновенные кривые и соответствующие им изохроны для заданных уровней температур и известных величин необратимых деформаций в предшествующих полуциклах нагру-жения и тем самым дают возможность использования в каждом полуцикле в качестве определяющих соотношений уравнения термопластичности дифференциального типа, структурные модели и т. п.

где S — удельная энтропия; Т = Т0 + 0 — действительная температура тела, Т0, В — температура начального состояния и ее приращение соответственно, получим систему определяющих соотношений термодинамики неравновесных процессов в поверхностном слое при его виброупрочнении дробью. Пользуясь известными соотношениями для свободной энергии F и энтальпии // [547, 548]

С помощью определяющих соотношений вида (2.7.2) теория старения (2.6.1) обобщается на случай неодноосного напряженного состояния следующим образом:

Обобщенные модели конструкций [45] можно строить аналогично тому, как это сделано в п. 2.6.4 при формулировании определяющих соотношений для материала. При этом элемент конструкции или всю конструкцию рассматривают как единое целое и устанавливают связь, например, между кривизной балки ж и изгибающим моментом Мл, углом закручивания вала <р и крутящим моментом 3/кр, перемещением конца лопатки 8 и торцов резьбового соединения Л/ соответственно с угловой скоростью ш турбинного диска и с растягивающей нагрузкой Q и т.д. (рис. 2.8.2).

Адекватность полученных в виде (2.8.26) определяющих соотношений должна быть проверена при ступенчатом изменении Q и Т (рис. 2.8.3,6), где кривая 5 соответствует обратной ползучести.