Разрушения позволяют

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.

,')тот пример является показательным в том отношении, что ра;фу1пепие тела определяется общим интегральным условием несуществования решения в целом задачи равновесия тела с трещинами (а не локальным напряженным состоянием н отдельных точках тела). Механика разрушения позволяет получить универсальную характеристику прочности конструкций и сооружений, не зависящую от начальной длины трещины, которую желательно вводить при расчетах на прочность.

Использование описанных выше методов определения вязкости разрушения позволяет оценить комплекс важных свойств материалов после объемного упрочнения по различным режимам. Для примера можно привести выбор оптимальных параметров регулируемого термопластического упрочнения (РТПУ) стали У8 при распаде аустенита в изотермических условиях. На рис. 8.16 представлена диаграмма конструктивной прочности стали со структурой пластинчатого перлита. Вязкость разрушения оценивали методом /-интеграла.

Рациональное планирование экспериментов, основанное на применении тензорно-полиномиального критерия разрушения, позволяет свести проблему экспериментального обоснования теории к небольшому числу основных экспериментов. Результаты этих экспериментов используются для построения критерия разрушения наинизшей степени, который дает удовлетворительное— в пределах неизбежного разброса экспериментальных данных — описание явления разрушения.

Значительная часть теплосилового оборудования работает при повышенных температурах под действием умеренных напряжений. В этих условиях в материале таких конструкций развиваются процессы ползучести. В зависимости от скорости развития процессов ползучести происходит зарождение и рост несгогош-ностей и разрушение деталей. Морфология разрушения материала определяется теми же процессами, которые контролируют скорость ползучести. В зависимости от температурно-силовых факторов эти процессы могут быть различными и соответственно различной будет морфология разрушения. Поэтому исследование характера разрушения позволяет оценивать области температур и напряжений, приводящих к разрушению, а следова-

Таким образом, все рассмотренные результаты лабораторных испытаний и разрушений гибов в условиях эксплуатации подтвердили состоятельность параметрической диаграммы стали 12Х1МФ и показали, что граница 5%-ной вероятности разрушения позволяет получать оценки допускаемых напряжений в элементах конструкций, изготавливаемых из стали 12X1МФ.

Если путем подбора компонент не удается получить композит с нужными свойствами, прийти к желаемой цели можно, изменяя расположение армирующих волокон одного или разных видов в плоскости или в пространстве. Разнообразие возможных сочетаний компонент и схем армирования композитов предопределяет неуниверсальность критериев прочности для этих материалов. Например, затруднительно дать разумное с позиций макроподходов объяснение низкой прочности при сжатии композита, армированного оргаповолок-нами. Только исследование на микроуровне механизма разрушения позволяет объяснить эту особенность.

Чаще всего расчетный уровень допустимых напряжений при низких температурах рассчитывают, пользуясь значениями прочности при комнатной температуре. Охлаждение обычно сопровождается повышением прочности. Использование механики разрушения позволяет оценить, как при этом меняется вязкость разрушения, и тем самым ввести коррективы в расчет допустимых напряжений.

Описанный выше принцип разрушения позволяет реализовать непрерывный технологический процесс разрушения кускового материала, но только в случае, если куски имеют плоскую форму с толщиной не более межэлектродного зазора. Для этого достаточно обеспечить техническими приемами поочередную подачу единичных кусков породы с их

Раскрытие только механизма разрушения позволяет анализировать влияние тех или иных факторов, подбирать более стойкие материалы и определять область их применения.

По своей структуре (31) совпадает с формулой С.НДурко-ва /3/, которая нашла экспериментальное подтверждение для широкого класса металлических и неметаллических материалов. Следует заме-тить,что вероятностное описание элементарных актов процесса разрушения позволяет полнее раскрыть физическую сущность коэффициентов, входящих в эмпирические формулы.

их движения по отношению к направлению действия нагрузки Подходы линейной механики разрушения позволяют оценивать возможность локального разрушения у дефекта. Они включают описание напряженно-деформированного состояния твердого тела с трещиной с помощью коэффициента интенсивности напряжений для определенных условий движения берегов трещины К„ Кц и К,,,. Для этого необходимо [30]:

Результаты анализа излома по всем этапам развития разрушения позволяют ответить лишь на некоторую часть вопросов о причине разрушения детали, даже если в ней выявлены дефекты материала или однозначно показано, что инициирование усталостной трещины обусловлено повреждениями поверхности, например, в результате фреттинг-процесса [14-16]. Сказанное может быть проиллюстрировано примером разрушений картеров поршневого двигателя АШ62-ИР, которые были результатом возникновения фреттинг-процесса во фланцевом стыке [17]. В процессе эксплуатации происходило падение момента затяжки, что способствовало микроперемещениям в стыке и последующему развитию фреттинг-процесса. Условия жесткости стыка в рассматриваемом соединении не были полностью учтены конструктором. Оказалось, что в переменном по толщине стыке усилия затяжки болтов также должны быть переменными. После введения в эксплуатацию дифференцированного момента затяжки по отвер^ стиям с учетом толщины стыка условия для возникновения фреттинг-процесса были устранены, и возникновения усталостных трещин в стыке более не наблюдалось.

(al,a-,,a3), не отражающего всех особенностей работы металла в условиях эксплуатации конструкций. Следовательно, прогнозировать влияние того или иного вида напряженного состояния на работоспособность материала приходится на основании очень ограниченной информации. Восполнить этот пробел позволяет привлечение для анализа некоторых экспериментально установленных фактов и представлений о поведении материала в экстремальных точках пространства напряжений. Например, результаты многочисленных исследований поведения материалов в условиях всестороннего давления, а также известные представления о роли межатомных сил связи в процессе разрушения позволяют предположить, что либо при всестороннем равном сжатии разрушение вообще невозможно, либо для развития повреждений в этих условиях требуется гораздо больше усилий, чем при всестороннем равном растяжении. Следует также иметь в виду экспериментально установленный факт: в ряде случаев, особенно если исследуемый материал имеет пониженную пластичность, в области двухосных растяжений (ст[>0; <т2>0; <т3=0) сопротивление разрушению меньше, чем при одноосном растяжении, например, испытания [86] стали Х18Н9Т и углеродистой стали при отрицательной температуре [87].

Макроскопические и микроскопические линии Вальнера напоминают усталостные полоски. Эти два вида разрушения позволяют различать следующие характерные особенности:

Принципиальные различия объемного и поверхностного разрушения позволяют выделить поверхностную прочность в самостоятельную проблему.

Все высокопрочные алюминиевые сплавы чувствительны к меж-кристаллитному охрупчиванию в жидких металлах (ОЖМ). Было найдено, что следующие жидкие металлы способствуют охрупчиванию алюминиевых сплавов: Hg, Ga, Na, In, Sn и Zn [94]. Влияние жидкой ртути на субкритический рост трещины в высокопрочных алюминиевых сплавах при комнатной температуре интенсивно изучается. В противоположность испытаниям по времени до разрушения достижения механики разрушения позволяют количественно измерять скорость трещины как функции коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины. На рис. 20 показана типичная межкристаллитная трещина ориентации ВД в результате ОЖМ. Трещина на образце из сплава 7075-Т651 была заполнена ртутью при комнатной температуре. Соответствующая кривая v — К показана на рис. 34. Следует отметить очень высокую скорость роста трещины в области // кривой v — К. Скорость охрупчивания в жидких металлах большинства высокопрочных сплавов составляет 7 см/с. Эта скорость трещины слишком высока, чтобы за ней можно было следить визуально. Поэтому была использована специальная высокоскоростная камера слежения. Следует отметить также переход между областями II и I, где скорость роста трещины сильно зависит от К-При очень низких значениях К скорость роста трещины так сильно зависит от /С, что фактически имеет смысл говорить о пороговом коэффициенте интенсивности напряжений /Сюжм> ниже которого рост трещин практически неизмерим. В табл. 7 приведены значения /Схожи для многих высокопрочных алюминиевых сплавов, которые были охрупчены ртутью при комнатной температуре. Для сравнения приведена вязкость разрушения этих же сплавов в сухом воздухе (/Cic).

Как показано выше, характер изменения электрохимических свойств сталей, циклически деформируемых в коррозионной среде, взаимосвязан с определенными этапами развития коррозионно-усталостных повреждений. Данные об изменении электрохимических свойств при усталости позволяют интерпретировать развитие разрушений в зависимости от амплитуды напряжении и количества циклов нагру-жения. Они позволяют также описать процесс разрушения с количественной стороны, так как на их основе можно установить, в какой области и после какого числа циклов происходит развитие сдвигообразований, микротрещин, магистральной трещины и как при этом повышается электрохимическая активность металлической поверхности. Данные об электрохимических свойствах металлов в условиях коррозионно-усталостного разрушения позволяют обоснованно выбрать для них параметры катодной защиты.

Полученные выше оценки для характерных значений времени установления температуры и скорости разрушения позволяют указать такую глубину заделки термопар А, при которой их показания с заданной точностью могут быть приняты за автомодельные или квазистационарные температуры. Этот вопрос непосредственно связан с методикой обработки результатов стендовых испытаний с целью определения теп-лофизических характеристик материала. Как показано ранее, использование автомодельного или квазистационарного режима прогрева позволяет избежать трудоемкой процедуры численного интегрирования уравнения теплопроводности и одновременно дает возможность установить зависимость температуры от координаты по известной зависимости температуры от времени в одной фиксированной точке тела. Именно этим объясняется то, что оба указанных режима широко используются при экспериментальных исследованиях новых рецептур теплозащитных покрытий, для которых отсутствуют данные по теплофизическим свойствам.

Проведенный в предыдущих главах анализ конвективного и радиационного теплового воздействия, а также исследование различных механизмов разрушения позволяют указать следующие основные параметры, воспроизведение которых важно при экспериментальной отработке теплозащитных материалов:

Понятие «дефект» при этом не должно рассматриваться как суждение о пригодности детали. Требуется только описать те неоднородности, обнаруживаемые при неразрушающем контроле, которые в отдельных случаях могут поставить под вопрос применимость изделия для предусмотренной цели. Современные знания и методы механики разрушения позволяют дать довольно дифференцированную картину размеров дефектов, обобщенные критерии оценки которых, например, отношение амплитуд эхо-импульсов [1038], числовые таблицы [1238] или статистические инструкции по сдаче — приемке типа диаграммы числа и амплитуд эхо-импульсов по Рэнкину и Морнарти [1224,. 1225] сами по себе ни в коем случае не могут быть достаточны.

В общем случае задача продления срока эксплуатации элемента конструкции с дефектом сплошности сводится к определению допустимого размера дефекта методами механики разрушения (см. разд. 3.5). Как правило (практически всегда), допустимый размер несплошности, определенный методами механики разрушения с учетом индивидуальных свойств и условий эксплуатации рассматриваемого элемента конструкции, оказывается в 10—100 и более раз больше нормативных дефектов, установленных для стадии изготовления и монтажа Правилами контроля [14, 15]. Это связано с тем, что методы механики разрушения позволяют вскрыть значительные резервы прочности и ресурсоспо-собности конструкции.