Разрушения теплозащитных

В шестидесятых годах имело место несколько катастрофических разрушений магистральных газопроводов. Характерная особенность этих разрушений - распространение трещины по пилообразной траектории (см. фотографию на рис.46.1). В настоящее время хорошо известно, что для предотвращения хрупкого разрушения температура эксплуатации трубопровода должна превышать температуру перехода стали из "вязкого состояния в хрупкое, которая определяется методом DWTT. Однако механизм, вызывающий нестабильность направления распространения трещины, не получил до сих пор удовлетворительного теоретического объяснения. В этой статье рассматривается стационарное распространение хрупкой трещины по спиральной траектории. Предполагается, что трубопровод заключен в абсолютно жесткую и гладкую оболочку, которая трактуется как сильно упрощенная модель засыпки подземного трубопровода. Доказано, что существование спирального режима распространения стационарной трещины в системе "трубопровод+жесткая обойма" возможно только при отрицательных значениях продольного напряжения.

Применительно к решению обратной задачи анализа поверхностей разрушения-изломов, с целью восстановления величин и числа параметров воздействия при анализе уже реализованного процесса роста трещины рассматриваемые диаграммы (карты) иллюстрируют представление об эквивалентности реализуемых процессов разрушения в широком диапазоне сочетания условий внешнего воздействия на материал. Все возможные варианты разрушения по телу или по границам зерен на предложенных картах функционально связаны с относительной температурой Т'/ Тт, относительным напряжением а / Е и скоростью приложения нагрузки или скоростью деформации, где Тпл — температура плавления материала. Существование значительных по размеру областей с неизменным видом разрушения, в которых все три параметра

в материале начинают нарастать процессы медленного подрастания трещины в условиях квазистатического нагружения в результате его активного пластического деформирования с возрастающим масштабным уровнем накопления повреждений. Наиболее ярко такая ситуация проявляется при увеличении температуры окружающей среды или при повышении интенсивности ее агрессивного воздействия на материал. Это означает, что с понижением частоты нагружения скорость роста трещины возрастает одновременно от снижения частоты нагружения и от развития процесса разрушения во времени за счет нарастания величины da/dt при длительном пребывании материала под нагрузкой. В пределе можно представить себе длительность цикла нагружения за многие часы медленного нарастания нагрузки, когда само понятие цикла исчезает и доминирует временной фактор силового воздействия. С позиций синергетики очевидна необходимость разделения процессов деформации и разрушения материала у кончика трещины на восходящей и нисходящей ветви нагрузки, Решающую роль в механизмах деформации и разрушения играет время, и от того, каким путем реализовано растяжение элемента конструкции (восходящая ветвь нагрузки) и каким путем проведена разгрузка (нисходящая ветвь), будут доминировать разные процессы диссипации энергии, как за счет пластической деформации материала, так и в результате его разрушения. Температура окружающей среды, ее состав при вариации частоты

времени разрушения температура определяется по показаниям термограммы. Это наиболее точный метод определения температуры.

Температура, Нагрузка, кг.'мм* Число циклов до разрушения Температура, -С Нагрузка, KZlMM^ Число циклов до разрушения

Температура, Нагрузка, кг.'мм* Число циклов до разрушения Температура, -С Нагрузка, KZlMM^ Число циклов до разрушения

Рис.1.8. Относительная стойкость сплавов различных систем против окисления и замедленного разрушения (мера стойкости против окисления — температура образования поверхностного оксидного слоя толщиной d = 100 мкм в течение 10000 ч, а стойкости против замедленного разрушения — температура разрушения при 0 = 1400 МПа за то же время)

На рис. 5.10 показан многослойный сферический сосуд с маркировкой 3.2.7 из стали 12ХГНМФ после испытаний до разрушения. Температура окружающего воздуха при испытаниях была 260 К. При давлении 126 МПа сосуд разрушился на две полусферы по экваториальному сварному соединению (рис. 5.10, а). Здесь сквозная трещина прошла одну треть периметра экваториального сварного шва вдоль соединения обеих полусфер, остальные 2/3 периметра трещина прошла по основному металлу в околошовной зоне. Излом поверхности трещины кристаллический. Произошло существенное раскрытие начального очага разрушения (рис. 5.10, б), откуда трещины получили свое распространение не только по экватору, но и соответственно вниз и вверх к горловине (рис. 5.10, а и б). На рис. 5.10, б показан разрушенный сосуд 3.2.7, собранный из двух отдельных частей, представленных на рис. 5.10, а.

В шестидесятых годах имело место несколько катастрофических разрушений магистральных газопроводов. Характерная особенность этих разрушений - распространение трещины по пилообразной траектории (см. фотографию на рис.46.1). В настоящее время хорошо известно, что для предотвращения хрупкого разрушения температура эксплуатации трубопровода должна превышать температуру перехода стали из вязкого состояния в хрупкое, которая определяется методом DWTT. Однако механизм, вызывающий нестабильность направления распространения трещины, не получил до сих пор удовлетворительного теоретического объяснения. В этой статье рассматривается стационарное распространение хрупкой трещины по спиральной траектории. Предполагается, что трубопровод заключен в абсолютно жесткую и гладкую оболочку, которая трактуется как сильно упрошенная модель засыпки подземного трубопровода. Доказано, что существование спирального режима распространения стационарной трешины в системе "трубопровод+жесткая обойма" возможно только при отрицательных значениях продольного напряжения.

~—200 °С для стали; образец без надреза. Напряжение (сопротивление) разрушению при низких температурах падает до величины предела текучести. Г2: (NDT — температура нулевой пластичности), напряжение (сопротивление) разрушения образцов с надрезом равно пределу теку-

При увеличении глубины надреза кривая напряжение разрушения — температура сдвигается к границе CAT, которую (CAT) можно рассматривать как температуру, настолько высокую, что она задерживает распространение трещины. Здесь надрез не ведет к разрушению — трещина останавливается. Когда длина трещины критическая-и величина нагрузки сохраняется примерно одинаковой, остановки трещины не происходит и выше CAT. Это наблюдается, например, в наполненных газом баллонах и. трубах. В этом случае разрушение развивается нестабильно — возможно неожиданное (преждевременное) разрушение. Т3: САТ-кривая достигает предела текучести; точка пересечения называется FTE (критическая температура разрушения при переходе от упругой деформации). Т±: точка пересечения с пределом прочности при растяжении —FTP (критическая температура разрушения при переходе от пластической деформации);

шения т можно связать с эффективной энтальпией /эфф (см. гл. 5), которая является важнейшим критерием сравнения при квазистационарном разрушении: (1/т) = {/Эфф/[с(Тр—Т0)]—1}. Тем самым удается перенести все представленные результаты на любой случай поверхностного разрушения теплозащитных материалов.

Рис. 4-19. Отклонения от формулы (4-20) при наличии вдува продуктов разрушения теплозащитных материалов.

Использование разрушающихся теплозащитных систем имеет существенные преимущества перед другими способами тепловой защиты. Главное из них заключается в саморегулировании процесса, т. е. в изменении массового расхода материала покрытия при изменении тепловой нагрузки. Процессы разрушения сопровождаются фазовыми и химическими превращениями, а также вдувом в набегающий поток продуктов разрушения. Благодаря этим факторам указанный тип покрытий существенно превосходит по эффективности системы, работающие на принципе поглощения тепла. Как подчер- щ

Все это существенно затрудняет моделирование процесса разрушения теплозащитных материалов, поэтому на практике принято говорить не о моделировании, а о воспроизведении основных определяющих параметров, прежде всего энтальпии и давления заторможенного потока.

При теоретическом изучении механизма разрушения теплозащитных материалов основное внимание уделяется окрестности точки торможения. Для этого существует несколько причин.

Механизм разрушения теплозащитных материалов

Механизм разрушения теплозащитных материалов 10-3. в условиях радиационно-конвективного теплового воздействия

Механизм разрушения теплозащитных материалов

Механизм разрушения теплозащитных материалов

установки с электродуговым подогревом являются в настоящее время наиболее подходящими для экспериментального изучения процесса разрушения теплозащитных материалов. Более полные сведения об установках с электродуговым нагревом можно найти в [Л. 11-1 —11-7].

четные в зависимости от степени турбулентности потока. Специальных исследований по влиянию степени турбулентности потока на массооб-мен не проводилось, но возможность такого влияния существует. Это указывает на необходимость тщательного контроля степени турбулентности при измерениях тепловых потоков в дозвуковых высокотемпературных струях, используемых для исследования разрушения теплозащитных материалов.