Поведения конструкционных

Спроектированная конструкция должна удовлетворять одному ограничению, наложенному на ее поведение: должно быть задано значение некоторого скаляра Ф, представляющего соответствующую особенность поведения конструкции. Так, например, Ф может представлять статический или динамический прогиб, нагрузку выпучивания или собственную частоту.

Уникальность размеров и формы некоторых типов большепролетных покрытий нередко вызывают необходимость экспериментального изучения ожидаемой неравномерности снеговых отложений и возможного распределения ветровой нагрузки, теоретического и модельного исследования поведения конструкции при сейсмических воздействиях, поиска адекватных гибким висячим и вантовым конструкциям нетрадиционных методов их расчета с учетом геометрической и физической нелинейности и др.

Так же, как и в общем случае расчета конструкций из композиционных материалов, анализ перечисленных выше элементов включает некоторые основные положения. Необходимо прежде всего учитывать анизотропию материала, а также определить тот уровень, до которого должны быть описаны свойства конкретной 'рассматриваемой системы. Важно использовать только те термоупругие свойства, которые позволяют наилучшим способом описать композиционный материал и основаны на большом количестве экспериментальных данных [10, 71 ]. В этом смысле необходимо обращать особое внимание на построение математической модели конструкции. Удачная расчетная модель создает возможности для наиболее точного предсказания поведения конструкции из композиционного материала.

Анализ общей проблемы предусматривает одновременное рассмотрение местной деформации и определение характера движения конструкции во время и после удара. Если перемещение конструкции развивается за время, намного превышающее время контакта и ее размеры значительно больше размеров ударяющего тела, то эта общая задача может быть разделена на две независимые части: 1) определение местного воздействия на деформируемое полупространство; 2) исследование поведения конструкции при действии найденной ранее импульсной силы. Такое разделение приводит, по-видимому, к повышению запаса прочности, так как время контакта при этом оказывается заниженным, а величина нагрузки — завышенной [62].

В настоящее время имеется методика оценки циклической прочности сильфонных компенсаторов [90, 168, 249]. Расчет ведется в предположении упругого поведения конструкции в фиктивных напряжениях (деформациях). Сравнение (рис. 4.1.6, а) расчетных величин размахов фиктивных напряжений (деформации) (кривая 1) с экспериментальными (кривая 2), пересчитанными в фиктивные' напряжения путем умножения на модуль упругости измеренных упругопластических деформаций, для ис-

ругого поведения конструкции. Полученные при этом фиктивные напряжения (деформации) сравнивают с величинами разрушающих упругопластических деформаций образцов в условиях жесткого нагружения, пересчитываемых в фиктивные напряжения путем умножения на модуль упругости.

ским путем. Существенное значение имеет выбор в качестве ответственных узлов судовых конструкций материала с высокой сопротивляемостью слоистому растрескиванию с целью исключения усталостных трещин, возникающих не только в силу высокой концентрации напряжений, но и в связи с низкой сопротивляемостью разрушению материала, нагруженного перпендикулярно к плоскости прокатки. Материал ответственных узлов конструкции должен быть исследован на сопротивляемость развитию усталостных трещин под действием нагрузок, направленных по толщине листа для оценки степени анизотропии материала и прогнозирования усталостного поведения конструкции.

Одной из важнейших задач такого расчета является разработка методики исследования динамического поведения конструкции за пределами упругости, когда в ней могут возникать пластические зоны, а также местные (локальные) разрушения (выключающие внутренние связи) [21 ], т. е. методики исследования динамических систем, включающих в себя неустойчивые элементы. Поведение подобных элементов конструкции можно описывать путем введения на диаграмму, связывающей обобщенные усилия и перемещения для данного элемента ниспадающего участка, на котором усилия убывают по мере роста перемещения. Учет таких участков локальной потери устойчивости или несущей способности необходим при вычислении предельных нагрузок [21, 64].

раненными формами трехмерных элементов, применяемых на практике. Напомним, что фактически не существует других подходов при численном анализе поведения конструкции, с помощью которых решались бы реальные прикладные трехмерные задачи. Одной из самых важных областей применения метода конечных элементов является расчет осесимметричных тел, изображенных на рис. 5, г, д. К этой области относится большое количество прикладных задач, в том числе расчет стальных резервуаров, сосудов, содержащих ядерное топливо, роторов, поршней, валов и двигателей ракет. В этих конструкциях не только геометрические очертания, но и нагрузки бывают обычно осесимметричными.

Деформируемость конструкций, обтекаемых потоком жидкости или газа, обусловливает явления потери устойчивости, происходящие при достаточно большой скорости обтекания. Анализ поведения конструкции и определение критических параметров потери устойчивости приводит к необходимости решения связанных линейных и нелинейных краевых задач аэро-и гидроупругости [2, 4]. Решение этих задач основано на использовании методов механики деформируемого твердого тела и строительной механики, с одной стороны, и методов аэро-и гидромеханики - с другой. Для решения задач аэро- и гидроупругости в полном объеме требу-

Анализ закритического поведения аэроупругих систем важен, так как во многих случаях превышение критической скорости флаттера не вызывает мгновенного разрушения конструкции, а приводит к установившимся колебаниям. Характеристики этих колебаний (амплитуды, и частоты) используют для оценки времени функционирования конструкции до разрушения. Необходимо рассматривать конечные деформации и геометрическую нелинейность. Наряду с геометрическими нелинейностями для расчета критических параметров потери устойчивости и поведения конструкции при флаттере в ряде случаев важен учет неупругих свойств материалов и аэродинамических нелинейностей. Учет нелинейных факторов позволяет, в частности, обнаружить статические и динамические формы потери устойчивости при немалых возмущениях, которые могут реализоваться при меньших значениях сжимающих нагрузок и скоростей потока, чем те, которые получаются на основе линейной теории. В тонкостенных конструкциях конечные прогибы вызывают растягивающие усилия в срединной плоскости. Так, рассматривая в качестве модели обшивки бесконечно длинную пластину, лежащую на упругом основании и обтекаемую газом, приходим к уравнению

турную гетерогенность) на характер и ско- электроны рость (увеличение и уменьшение ее, равно как и отсутствие влияния в ряде случаев) коррозионного разрушения. Она была широко использована для объяснения коррозионного поведения конструкционных металлов и сплавов в различных условиях 2.

Коррозионные испытания проводятся для решения как практических, так и теоретических вопросов. Методы исследования коррозии металлов можно подразделить на три группы: лабораторные, внелабораторные и эксплуатационные. Наибольшее развитие получили лабораторные методы испытаний. Однако даже самые совершенные лабораторные исследования не всегда могут воспроизвести правильную картину поведения конструкционных металлов или защитных покрытий в эксплуатационных условиях. Для получения более точных данных на лабораторных установках моделируют условия службы металла в производственном процессе.

Ниже последовательно рассмотрены общие закономерности поведения конструкционных материалов с развивающимися в них усталостными трещинами в условиях многопараметрического воздействия. Предложено единое кинетическое описание поведения материала на основе анализа параметров рельефа излома с введением представления об эквивалентном уровне напряжения. Обобщены количественные характеристики процесса роста усталостных трещин в элементах конструкций воздушных судов гражданской авиации, полученные в рамках проведения исследований причин их разрушения в условиях эксплуатации. Помимо того, рассмотрены вопросы эксплуатационного контроля с корректировкой периода осмотра конструкций на основе данных количественной фрактографии; проведен обзор способов торможения или задержки роста усталостных трещин в элементах конструкций.

Развитие современного машиностроения и особенно энергетической и са-молетно-ракетной техники связано с разработкой новых жаростойких конструкционных и защитных материалов, способных работать в условиях высоких температур и механического нагружения, близкого к предельному. В связи с этим значительно возросла актуальность научных исследований, направленных на установление закономерностей поведения конструкционных материалов, применяемых для деталей, работающих при высоких температурах. Выполнение таких исследований отличается большой сложностью, требует разработки новых методических приемов при проведении экспериментов и создания соответствующего испытательного оборудования.

Развитие современного транспортного и авиационного машиностроения, ускорение технологических процессов металлообработки характеризуются высокими тем-пературно-скоростными режимами механического нагружения элементов конструкций. Это требует дальнейшего совершенствования методик и испытательного оборудования для изучения поведения конструкционных материалов при высоких скоростях силового и температурного нагружения.

Разработка конструкций транспортных средств, а также выполнение ряда технологических операций, таких, как прессование металлов или прокатка, требует знания свойств материала при скоростях деформации, соответствующих этим процессам. Основные данные о механических свойствах материалов получены при сравнительно низких скоростях деформирования е = 10~2-т-10~4 с"1, в то время как в процессе эксплуатации деталей скорости их деформаций достигают е = 102 с—1. Имеется достаточно данных, которые показывают, что рост скоростей деформации существенно повышает механические свойства материалов. Для изучения поведения конструкционных материалов в условиях скоростного деформирования и высокотемпературного нагрева были разработаны испытательные установки, обеспечивающие воспроизведение требуемых силовых и температурных режимов на образце.

Глава 1. Особенности коррозионного поведения конструкционных

Характеристики коррозионных свойств металлов и сплавов hK и ?к предполагают их равномерную коррозию и в большинстве случаев представляет усредненную по поверхности величину скорости коррозии. При ярко выраженном характере локальной коррозии в примечании указывается вид коррозии. Следует отметить, что локальные виды коррозии наиболее опасны, так как при общей небольшой потере массы металла происходит сильное локальное разрушение конструкции, что приводит к преждевременному выходу оборудования из строя. Как отмечает академик Я- М. Колотыркин [3], по некоторым оценкам общая коррозия в химической промышленности составляет около 30%, а локальная — более 52%. Поэтому проверка коррозионного поведения конструкционных материалов в конкретных условиях эксплуатации всегда необходима, особенно если имеется опасность локальной коррозии.

В книге рассмотрены технические средства тепловой микроскопии, создание и использование новых приборов и установок. Приведены некоторые результаты исследований поведения конструкционных материалов в условиях различных видов механического нагруже-ния в вакууме и защитных газовых средах при температурах ниже 0° С и при нагреве.

Эпоха освоения космоса предъявляет к материалам новые требования. Привычные понятия прочности и упругости стали недостаточными для полной характеристики механического поведения конструкционных материалов. На первый план выступает их микроструктура, те превращения, которые происходят с ней под воздействием сверхвысокого вакуума, протонного, электронного и космического излучений.

В монографии представлены результаты исследования механического поведения конструкционных материалов под действием импульсных нагрузок ударного и взрывного характера. Рассмотрена связь процессов нагружения и деформирования материала при одноосном напряженном состоянии. Описаны оригинальные методики и средства квазистатических испытаний на растяжение со скоростями до 950 м/с. Приведены результаты испытаний ряда металлических материалов и реологическая модель их механического поведения учитывающая влияние на сопротивление скорости деформации. Исследовано упруго-пластическое деформирование и разрушение материала в плоских волнах нагрузки. Описаны новые методики и изложены результаты экспериментальных исследований зависимости характеристик ударной сжимаемости и сопротивления пластическому сдвигу за фронтом плоской волны от ее интенсивности, связи силовых и временных характеристик откольной прочности.