Разрушения поскольку

На рис. 38.1 пока.чапы докрптнческне диаграммы разрушения, полученные но уравнению (38.5) па аналотоиои машине. Видно, что повышение чувствительности к скорости пагружепия (повышение величины 67(i) приводит к увеличении) медлешгого подрастания трещины в докрнтичсско.м состоянии.

1. Характеристики вязкости разрушения, полученные при испытании однородных образцов, служат прежде всего для расчетов прочности изделий с учетом наличия в них дефектов в виде трещин. Используя положения линейной механики разрушения, можно определить критический размер трещин, при котором произойдет хрупкое разрушение, или оценить уровень разрушающих напряжений при данной величине дефекта. Что касается результатов, полученных на образцах с покрытиями, то их использование в аналогичных расчетах в настоящее время затруднено. Это связано с тем, что пока еще не разработан комплексный подход к проведению расчетов прочности для композиционного материала, каким можно представить основной металл с нанесенным на него покрытием.

Полученные результаты оценки вязкости разрушения согласуются с известными литературными данными о том, что при увеличении толщины образца вязкость разрушения уменьшается. Этот результат получен для образца толщиной 5 мм и образцов толщиной 10 мм при испытаниях с нагревом. Величина вязкости разрушения отличалась почти на 20 % в сторону ее завышения в тонком образце.

Полученные результаты показывают, что природу изнашивания при ударе о монолитный абразив необходимо связывать с природой разрушения этого абразива.

Отмеченное показывает, что существует ряд предложений по методам оценки длительной циклической прочности, причем развиваемые в Институте машиноведения деформационно-кинетические критерии охватывают наиболее общий случай нагружения яри наличии как знакопеременных, так и односторонне накапливаемых деформаций, приводящих к усталостному, квазистатическому и переходному характеру длительного циклического разрушения. Полученные в ГосНИИмашиноведения и ряде других организаций экспериментальные данные для различных условий нагружения на основных типах конструкционных материалов специального энергетического аппаратостроения в диапазоне ра бочих температур во всех случаях без исключения показали достаточное соответствие расчетам по критериальным зависимостям (1.2.8), (1.2.9). ,

была определена отдельно роль каждого из этих параметров в формировании общей структурной картины разрушения. Полученные результаты позволяют сделать обобщение в виде диаграммы, построенной в трехкоординатной системе; на осях откладывают значения основных параметров — температуры, нагрузки и длительности цикла. Однако необходимо учитывать, что абсолютные значения этих параметров не являются характерными для определения типа разрушения, потому что материалы имеют различные механические свойства. Выше (см. пп. 11, 12) показано, что, например, при меньшей пластичности сплав ЖС6К лучше сопротивляется термоусталости (при сопоставимых значениях /max), чем пластичный сплав ХН77ТЮР; поэтому целесообразно указанные три параметра (/шах, Ае и тц) представить в относительных величинах:

Таким образом, стадийность процесса развития усталостной трещины требует более тщательного изучения природы разрушения с учетом особенностей дискретного характера усталостного разрушения и с использованием подходов линейной механики разрушения. Полученные результаты позволили детализировать стадии развития усталостной трещины, ввести новые пороговые значения

Наличие скачков на R-кривых и на диаграммах нагрузка — смещение у никелевых сталей является предметом для обсуждения. Эти скачки представляют собой быстрый рост трещины с последующей его остановкой. Остановки могут быть связаны с характеристиками вязкости материала, но могут быть также результатом падения приложенной нагрузки из-за жесткости испытательной машины. Результаты определения вязкости разрушения, полученные в настоящей работе, дают более полную характеристику свойств материала и призваны помочь при выборе материала в каждом конкретном случае его применения. Проведенные испытания показывают, что работоспособность сварной конструкции, изготовленной из сталей, легированных никелем, зависит от свойств зоны термического влияния. Это необходимо учитывать наряду с расчетными, технологическими и экономическими факторами при окончательном выборе материала.

Однако для наиболее распространенных геологических условий в горнодобывающей промышленности характерны конечные зоны разрушения, полученные в экспериментах «Хардхэт» и «Хэндкар» (см. рис. 39). Поэтому в дальнейшем для удобства будем употреблять термин ядерный эллипсоид (обрушения), исходя из морфологической характеристики конечной зоны разрушения пород ядерным взрывом внутреннего действия. Используя сходство образования эллипсоида с магазинированием руды в камере с предварительной подсечкой массива, в дальнейшем будем также употреблять в нужных случаях термин ядерный магазин.

разрушения. Полученные законы являются базой для инженерных расчетов машин на надежность и долговечность.

Однако аналитические методы не дают ответа на вопрос о влиянии формы тела или ее изменения на температуру и скорость разрушения при учете излучения поверхности (при этом граничное условие для уравнения теплопроводности перестает быть однородным). Отклонение от рассмотренного выше пространственно-временного подобия может быть проанализировано только численно. Забегая вперед, можно указать, что параметром, определяющим возможность использования пространственно-временного подобия, оказывается отношение подведенного конвективного QQ и испускаемого лучистого еаГ^ тепловых потоков. Влияние этого отношения на температуру поверхности обычно достаточно слабое и в инженерной практике, по крайней мере при температурах набегающего потока Те, значительно превышающих температуру поверхности Tw, может не учитываться. Что касается скорости разрушения, то отклонения от пространственно-временного подобия зависимостей GS(T) могут быть весьма значительными. В частности, величины безразмерной скорости разрушения, полученные на малых моделях, оказываются обычно выше, чем на больших.

При циклических режимах нагружения длительно проработавших аппаратов металл подвергается деформационному старению. При этом изменяется дислокационная структура металла и перераспределяются примесные атомы (например. азота) в кристаллах. В результате старения металла повышаются пределы прочности сгв и текучести a-faaz), значительно снижаются пластические характеристики (относительное удлинение 8 и сужение vy). Металл становится более хрупким, и это приводит к ускорению усталостного разрушения. Поскольку в вершине дефектов всегда наблюдается концентрация деформаций, там и старение протекает быстрее.

Многие объекты эксплуатируют при повышенных температурах. С одной стороны, этот фактор способствует уменьшению вероятности возникновения хрупкого разрушения, поскольку обычно объекты эксплуатируются при рабочих температурах, значительно превышающих порог хладноломкости. С другой стороны, интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, - к их термическому повреждению.

разрушения, поскольку он представляет собой относительное значение предела трещиностойкости.

Многие объекты эксплуатируются при повышенных температурах. С одной стороны, этот фактор способствует уменьшению вероятности возникновения хрупкого разрушения, поскольку обычно объекты эксплуатируются при рабочих температурах, значительно превышающих порог хладноломкости. С другой стороны, интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, к их термическому повреждению. Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. При нестационарном тепловом нагружении возможна термическая усталость материала конструкции. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а так же вследствие неоднородного распределения температур по поверхности конструкции. Тепловые поля в той или иной степени нестационарны, их изменение приводит к соответствующему перераспределению упругих и пластических деформаций в объеме напряженного металла [17, 30].

разрушения. Поскольку рассматриваемая задача предполагается квазистатической, то кинетическая энергия принята раиной ну* лю. Кроме того, условие (4.1) записано в предположении отсутствия тепловых потоков и других видов энергии.

ствует уменьшению вероятности возникновения хрупкого разрушения, поскольку обычно колонны эксплуатируются при рабочих температурах, значительно превышающих порог хладноломкости. С другой стороны, интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена колонна и, как следствие,- к их термическому повреждению.

Многие объекты эксплуатируются при повышенных температурах. С одной стороны, этот фактор способствует уменьшению вероятности возникновения хрупкого разрушения, поскольку обычно объекты эксплуатируются при рабочих температурах, значительно превышающих порог хладноломкости. С другой стороны, интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, к их термическому повреждению. Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. При нестационарном тепловом нагружении возможна термическая усталость материала конструкции. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а так же вследствие неоднородного распределения температур по поверхности конструкции. Тепловые поля в той или иной степени нестационарны, их изменение приводит к соответствующему перераспределению упругих и пластических деформаций в объеме напряженного металла [17, 30].

Следует отметить, что на другие виды разрушения материалов в разной степени влияют масштабный фактор и конструкция детали. Так, при оценке коррозионной стойкости материала результаты, полученные для образца, при сохранении внешних условий могут быть, как правило, использованы для различных деталей. Однако, если испытывается усталостная или коррозионно-уста-лостная прочность материала, то форма и размеры образцов (которые стандартизованы) оказывают существенное влияние на процесс разрушения, поскольку не только вид нагружения, но и конструкция детали и технология ее обработки (шероховатость поверхности) определяют напряженное состояние и выносливость материала. Как известно, для усталостного разрушения разработаны методы пересчета на другой цикл нагружения, а также методы оценки концентрации напряжения и масштабного фактора. Это позволяет более широко использовать результаты испытания образцов для определения усталостной долговечности деталей различных конструктивных форм. В общем случае можно сказать, что применяемая схема испытания стойкости материала отражает уровень познания физики данного процесса. Чем глубже наши знания в раскрытии закономерностей процесса, тем больше методы испытания стойкости материалов абстрагируются от конструктивных форм изделий и отражают свойства и характеристики самих материалов.

Уравнение (4.5) при всей своей привлекательности имеет общий недостаток — в него введена предельная величина КИН (вязкость разрушения), что для его практического использования при анализе процесса усталостного разрушения элементов авиационных конструкций вносит существенную неопределенность. Как было показано в главе 2, предельное состояние элемента конструкции с усталостной трещиной определяется широким спектром величин вязкости разрушения, поскольку она существенно зависит от условий нагружения. Не менее сложным является вопрос об определении величины показателя степени Pt в соотношении (4.4). Он не может быть рассмотрен как интегральная характеристика затупления трещины по некоторому отрезку ее фронта с переменной кривизной и ориентировкой направления локального подрастания трещины. Тем более что параметры зоны затупления (зоны вытягивания) — ее высота и ширина — тоже существенно зависят от условий нагружения, например от температуры (см. главы 2 и 3). Наконец, как было показано выше, пластическое затупление вершины трещины происходит в каждом мезотуннеле "индивидуально". Оно существенно зависит от того, каким образом сформированы перемычки между мезотунне-лями. Перемычки не только определяют условия раскрытия вершины мезотуннеля, но и влияют на величину скорости роста трещины, при которой

Последовательное возрастание асимметрии цикла нагружения не нарушает последовательности смены механизмов разрушения, поскольку указанная смена, согласно принципам синергетики, является свойством открытой системы. Внешние условия нагружения влияют только на диапазон, в пределах которого ведущий механизм эволюции открытой системы остается неизменным. Более того, возможно создание таких внешних условий, когда один из механизмов разрушения вообще не может быть реализован при неизменных параметрах цикла нагружения. Рассматривая влияние асимметрии цикла на рост трещин, следует ввести условие сохранения неизменным ведущего механизма разрушения в срединных слоях материала вплоть до наступления нестабильности. Таким условием является достижение некоторой пороговой величины асимметрии цикла (Rth)ps-При условии Rj > (Rth)Ps смена механизма роста трещины не происходит ни в срединной части образца, ни у поверхности вплоть до наступления нестабильного разрушения. При меньшей асимметрии цикла, чем введенная пороговая величина, в срединной части образца или детали могут быть последовательно реализованы в большей или меньшей мере все механизмы роста трещины, присущие данному материалу.

Если эффективная прочность упрочнителя в композите снижается в результате реакции на поверхности раздела, то дальнейшим объектом исследования должно служить изменение распределения прочности отдельных волокон. Розен [31] показал, что предел прочности композита зависит и от среднего значения, и от коэффициента вариации прочности волокон. Он пришел к выводу» что при одинаковой средней прочности волокон распределение с большим коэффициентом вариации отвечает большей прочности; композита. Иными словами, коэффициент вариации в определенной степени характеризует способность более прочных волокон принимать на себя нагрузку, высвобождаемую при разрушении:; более слабых волокон. Кроме того, увеличение коэффициента вариации может привести к росту энергии разрушения, поскольку увеличивается вероятность того, что дефектное место волокна перед развивающейся трещиной удалено от плоскости трещины.. Эта ситуация приводит либо к отклонению трещины в направлении места потенциального разрушения следующего волокна, либо к: вытягиванию волокна из матрицы; в обоих случаях энергия разрушения растет. Таким образом, характер влияния реакции между матрицей и волокном на механические свойства зависит как от среднего значения, так и от коэффициента вариации прочности волокон по завершении реакции.