Разрушения определяется

Достигнутый к настоящему времени уровень развития механики разрушения позволяет эффективно решать задачи, связанные с определением трещиностойкости высокопрочных материалов. Однако, применительно к сталям средней и низкой прочности с ств = 500-600 Н/мм2, являющимся основным конструкционным материалом в газо-нефгехимическом машиностроении, использовании положений линейной механики разрушения оказывается в ряде случаев необоснованным из-за значительной пластической деформации в этих материалах в области неупругого деформирования вблизи контура трещины. Отмеченное обстоятельство предопределяется типом напряженного состояния, зависящим также от толщины металла.

С помощью синергетики представилось возможным с единых позиций описать поведение материала при различных условиях его нагруже-ния. В результате этого оказывается возможным на основе анализа параметров рельефа излома, в рамках сохранения неизменным механизма разрушения или путем измерения скорости роста трещины определять эквивалентные характеристики кинетического процесса усталостного разрушения. Оказывается возможным из анализа рельефа излома получать информацию о всей совокупности реализованных факторов воздействия на материал, которые вызвали распространение трещины. Получаемые величины эквивалентных характеристик становятся количественными показателями затрат энергии на процесс усталостного разрушения.

Таким образом, при учете всех особенностей реального кинетического процесса разрушения материала вдоль фронта усталостной трещины управление процессом разрушения оказывается наиболее эффективным, когда операции над элементом конструкции приводят к контактному взаимодействию берегов трещины. Усиление самоторможения трещины по СПД позволяет достичь наиболее продолжительной задержки роста трещины для пластичных материалов.

Шастер и Рид [154] использовали с несколько другими целями метод ударных плит для образования в боралюминии ударных волн с давлением до 76 кбар и длительностью воздействия менее 2 икс. Скорость ударных плит увеличивалась до появления разрушения. Было установлено возрастание степени разрушения волокон при увеличении скорости и определена скорость, вызывающая разрушение алюминия и расслоение двух видов боро алюминия. Скорость разрушения для композиционного материала, изготовленного плазменным напылением и диффузионной сваркой, в 3 раза превышает скорость разрушения для алюминиевых образцов, в то время как соответствующая характеристика для плазменно-напыленного паяного материала оказалась несколько меньше скорости разрушения для алюминия. Этот эффект связан с различным характером расположения волокон, образующимся в процессе изготовления материала. Как показано на рис. 15, в, г, в образцах, изготовленных диффузионной сваркой, волокна не соприкасаются, что способствует затуханию волны в результате интенсивного рассеяния. В паяных образцах (рис. 15, а, 6) волокна соприкасаются, причем точки контакта располагаются по направлению волны. Таким образом, волна распространяется по волокнам бора, обладает меньшим рассеянием, и в результате скорость разрушения оказывается того же порядка, что и для алюминия.

Дальнейшее развитие поврежденное™ зависит в некоторой степени от типа образца. В образцах из однонаправленных композитов, полученных мокрой укладкой необработанных волокон в эпоксидную матрицу, поверхность разрушения нормальна линии действия нагрузки и содержит большое количество отдельных выпученных волокон. В случае обработанных волокон поверхность разрушения оказывается расположенной под некоторым углом к оси нагружения. В ортогонально армированных материалах обнаружено, что разрушения возникают также на поверхностях раздела слоев, и образец разрывается на части по этим поверхностям раздела. Образцы с поверхностно обработанными волокнами чаще содержат группы выпученных волокон, а не отдельные потерявшие устойчивость волокна.

Сравнение материалов друг с другом и расчеты на прочность деталей машин следует вести с учетом хар-к рассеяния меха-нич. св-в. Сопоставление материалов без учета рассеяния свойств в ряде сл5'чаев может привести к неправильным выводам. Напр., средняя долговечность сплава В 95 при усталостных испытаниях, определенная при одном уровне напряжения, выше, чем сплава Д16, однако, в связи с большим рассеянием долговечности у сплава В95, долговечность сплава Д16, определенная для малой вероятности разрушения, оказывается выше, чем сплава В95.

Имеются такие материалы, поведение которых, при любых изучавшихся до настоящего времени условиях протекания деформации до разрушения, оказывается пластичным. К числу таких относятся: алюминий, медь, свинец. Такие материалы естественно называть пластичными.

Существует мнение3), что дальнейший рост образовавшихся трещин происходит в связи с диффузионными явлениями. Поскольку и клиновидные трещины и цепочки пор4) располагаются на границах зерен, роль необратимых деформаций" в'«инкубационном» периоде процесса разрушения оказывается большой.

кованный на росте трещин путем образования ваканский или на образовании очагов разрушения связей в месте скопления избыточного числа вакансий, т.е. справедлива зависимость (9). В последнем случае флуктуационный процесс разрушения оказывается сильно заторможенным процессом, протекающим вследствие высокой скорости диффузии.

Обычно 70—90% общего числа циклов, необходимых для разрушения детали при неизменной амплитуде напряжений, деталь работает без видимой трещины, и только в оставшиеся циклы развивается трещина, приводящая к излому детали. В зависимости от величины переменных напряжений изменения в материале детали происходят различными темпами и число циклов повторения напряжений до разрушения оказывается тем меньше, чем выше напряжения. В тех случаях, когда происходят изменения свойств материала детали в условиях эксплуатации под действием высоких или низких температур, коррозии и других факторов, сопротивление усталости может резко измениться.

В основе разрушения отдельных молекулярных цепей лежит, по-видимому, термофлуктуационный механизм [77], причем некоторые разрушенные связи с течением времени восстанавливаются. Однако с ростом нагрузки количество актов разрушения оказывается превышающим число восстановлений, так что деструкция материала прогрессирует. Еще на ранних стадиях деформирования полимерных материалов в них появляются микротрещины [85, 90, 91 ], которые затем частично исчезают, а частично стабилизируются или развиваются в макротрещины. Механизм зарождения этих трещин в кристаллических зонах полимерных материалов должен быть подобен соответствующему механизму трещинообразования в кристаллитах металлов и сплавов.

Основываясь на анализе формы трещин КР, Т.Н. Бейкер и др. [110-112] предложили четырехстадийную модель развития растрескивания. При этом время до разрушения определяется как:

лита). На второй стадии трещина растет с постоянной скоростью в результате электрохимического растворения металла. Это допущение связано с отмеченной в разделе 1.3 квазистационарностью процесса на этапах 1 и 2 и согласуется с коррозионной кинетикой. Как было показано Л.Я. Цикерманом [102], с погрешностью 3-5% глубинный показатель коррозии может быть описан с помощью механизма растворения металла с постоянно установившейся скоростью. Продолжительностью третьей стадии (механического до-лома) можно пренебречь по сравнению с временем протекания двух первых стадий. Последнее допущение основано на результатах многочисленных исследований по искусственному разрушению полномерных труб, изготовленных из современных трубных сталей, проведенных в нашей стране и за рубежом. Время до разрушения определяется в основном продолжительностью второй стадии. При этом коррозионная трещина проходит путь L:

Выбор физического метода контроля без разрушения определяется характером получения необходимой информации, особенностями контролируемого объекта и возможностью его применения в конкретных условиях. Применение любого метода НК для диагностирования сварных аппаратов осложняется отмеченными ранее специфическими конструктивными и функциональными особенностями этих аппаратов. Прежде всего, следует обратить внимание на такую особенность аппаратов, например, колонной аппаратуры и сферических газгольдеров, как значительные поверхности диагностирования и большая при этом протяженность сварных швов. С другой стороны, для них характерны большие поверхности контакта металла с рабочей средой, которая часто может проявлять коррозионную и эрозионную активность.

Очаг разрушения определяется по типу излома. При хрупком разрушении очаг может быть определён по характерному рисунку на поверхности излома, напоминающему "рыбий скелет" или шевроны, причём вершика шеврона указывает не очаг разрушения (рис. 1.9). •

Основываясь на анализе формы трещин КР. Т.Н. Бейкер и др. предложили близкую четырехстадийную модель развития растрескивания. При этом время до разрушения определяется как

Время до разрушения определяется в основном продолжительностью второй стадии. При этом коррозионная трещина проходит путь I..

Достижение условий, при которых реализуется ветвление трещины, отвечает реализации бифуркационной неустойчивости трещины. В этой критической точке реализуется принцип подчинения, когда множество переменных подчиняется одной (или нескольким) переменным. Его реализация связана с достижением верхней 1раницы разрушения отрывом и перестройкой диссииа-тивных структур. На этой границе система сама выбирает оптимальные механизмы диссипации энергии, так что процесс носит автомодельный характер -на его развитие не требуется внешняя энергия, а перестройка диссипативных структур носит самоорганизующий характер (за счет накопленной внутренней энергии). В этих условиях динамика свободного разрушения определяется самоподобным ростом микротрещины, обеспечивающим локальный отток энтропии из системы.

Применение фрактальной геометрии к анализу процессов накопления повреждений и разрушения материалов привело к физической трактовке распределения Вейбулла, которая до настоящего времени не была дана. Как известно, хрупкое разрушение связывают единичным актом продвижения трещины, т.е. скорость материала определяется наиболее неблагоприятной ориентацией трещины. Если в образце объемом V плотность микротрещины равна р, то вероятность разрушения определяется распределением вида

Следует отметить, что ранее в механики разрушения /26/ также отмечалось влияние радиуса концентратора р на значение критического коэффициента интенсивности напряжений Kjc/p> • На рис. 3.3 представлена зависимость вязкости разрушения К1с> > от корня квадратного из радиуса в вершине концентратора для феррито-перлитных сталей. При р < рэ вязкость разрушения определяется характеристикой материала, то есть К1с, . - К1с. В общем случае вели-

Высокая коррозионная стойкость алюминия и его сплавов в условиях агрессивных сред, характерных для нефтедобывающей промышленности, делает перспективным их использование в качестве конструкционного материала для изготовления буровых, насосно-компрессорных труб и деталей газопромыслового оборудования. Известно, что алюминий и его сплавы подвергаются коррозионному разрушению в результате общего растворения, питтинга, межкристаллит-ной коррозии, коррозии под напряжением, расслаивающейся коррозии. Вид коррозионного разрушения определяется составом алюминиевого сплава, зависит от состава коррозионной среды и условий эксплуатации. Так, при использовании бурильных труб из алюминиевых сплавов возможно развитие контактной коррозии за счет соединения их с остальными замками. В зазорах резьбовых соединений происходят процессы щелевой коррозии, а при нагружении таких соединений переменными нагрузками возникают процессы фреттинг-коррозии. Значительное влияние на характер коррозионного разрушения оказывает рН коррозионно-активной среды. Практика эксплуатации алюминиевых труб показывает, что с увеличением рН от 1 до 13 меняется характер коррозионного поражения: равномерная коррозия — в сильнощелочной, щелевая — в сильно кислой областях, питтинговая — при рН = 3—11.

Следует отметить, что ранее в механики разрушения /26/ также отмечалось влияние радиуса концентратора р на значение критического коэффициента интенсивности напряжений Kicrp) .На рис. 3.3 представлена зависимость вязкости разрушения К1с,р^ от корня квадратного из радиуса в вершине концентратора для феррито-перлитных сталей. При р < рэ вязкость разрушения определяется характеристикой материала, то есть Klcip\ - Klc В общем случае вели-