Разрушения заключается

Увеличение толщины стенки трубы (особенно на участках вблизи компрессорных станций) также приводит к уменьшению растягивающих напряжений. При этом время до разрушения увеличивается за счет большего расстояния, которое необходимо преодолеть трещине для достижения критического размера. На основании результатов исследований, описанных выше, могут быть даны рекомендации по оптимальному выбору толщины стенки трубы, эксплуатирующейся в условиях КР.

Из формулы (3.1) видно, что при уменьшении температуры до нуля время разрушения увеличивается до бесконечности. Это означает, что разрушение при нагрузках ниже критической не может происходить в отсутствие теплового движения атомов. Механизм разрушения и долговечность материала определяются постепенным накоплением локальных дефектов - деформаций и трещин в материале. Локальные дефекты материала, создавая локальные перенапряжения, становятся центрами разрушения. Внешние факторы, воздействующие на материал, могут существенно повлиять на значение х и тем самым на время tp.

Ув.личен"» толпош отенки трубы (особенно на участках вблизи компреооораых станций) также приводит к уменьшению растягивающих напряжений. При атом время до разрушения увеличивается ва счет большего расстояния, которое необходимо преодолеть трещине для достижения критического размера. На основании результатов исследований, проведенных в УГНТУ, описанных выше, могут быть даны рекомендации по оптимальному выбору то~дош отенки трубы, экоыуа-тируювейоя а условиях КР.

Показано, что, если распространяющаяся в композите трещина пересекает волокна упрочнителя, вязкость разрушения увеличивается тем больше, чем больше волокна отслаиваются от матрицы. Значит, из соображений повышения вязкости разрушения предпочтительной является слабая поверхность раздела. Однако при распространении трещины в матрице параллельно волокнам предпочтительна прочная поверхность раздела — это позволяет предотвратить разрушение по поверхности раздела, связанное с малыми затратами энергии. Были отмечены и другие случаи; так, при распространении трещины перпендикулярно волокнам высокая вязкость разрушения может быть обусловлена несколькими механизмами. При действии одного из них — вытягивания волокон — вязкость разрушения определяется силами трения и длиной вытянутого из матрицы отрезка волокна. Высокая вязкость разрушения может быть получена и в композитах, в которых не происходит ни отслаивания, ни вытягивания волокон. Так, в системе бор — алюминий вязкость разрушения зависит в основном от энергии деформации, накопленной волокном в пластической зоне деформации композита непосредственно к моменту разрушения волокна. Вязкость разрушения ориентированных композитов, как правило, слабо зависит от вязкости разрушения матрицы. Исключение представляет случай, когда поверхность раздела прочна, а трещина распространяется параллельно волокнам: в этих условиях вязкости разрушения композита и материала матрицы сопоставимы. При достаточно высокой объемной доле упрочнителя и слабой поверхности раздела вязкость разрушения определяется поверхностью раздела. Вязкость разрушения композитов, армированных ориентированным в нескольких направлениях упрочнителем, зависит, главным образом, от тех волокон, которые расположены поперек трещины и разрушение которых необходимо для дальней-

Разрушенный, а затем уплотненный слой может вести себя как самостоятельное твердое тело: он формируется, уплотняется, жесткость его увеличивается. В это время износ уменьшается, а глубина разрушения увеличивается, поскольку уплотненный слой ведет себя как абразивное тело в виде клина.

При дальнейшем увеличении энергии удара вновь происходит уплотнение ядра сжатия, глубина разрушения увеличивается, а износ образца уменьшается. Начиная с энергии удара 18,3 Дж, процесс передеформации ядра проявляется в меньшей степени, глубина разрушения увеличивается быстрее, что характеризует подготовку-ко второму скачку разрушения.

Существует мнение, что произведение предела прочности стали на ее относительное сужение можно рассматривать как предел выносливости. При проверке влияния этого показателя на_ износостойкость стали при ударно-абразивном изнашивании также получены различные зависимости в хрупкой и вязкой областях разрушения. При равномерном увеличении произведения aBty износостойкость стали в хрупкой области разрушения увеличивается, в вязкой области— уменьшается.

Наблюдались случаи разрушения крупных железобетонных конструкций из-за коррозионного растрескивания арматуры; ве-ооятность такого разрушения увеличивается вследствие засорения бетона. В атмосферных условиях возможно коррозионное разрушение проволоки, смотанной в бухты [2]. Для уменьшения

Переход от вязкого к хрупкому разрушению обусловлен понижением температуры или увеличением скорости деформирования. При понижении температуры, каком-то определенном для каждого конкретного случая, появляются участки хрупкого разрушения. Это так называемый верхний порог хрупкости (хладноломкости) Гв (рис, 17). По мере дальнейшего понижения температуры количество участков хрупкого разрушения увеличивается и наконец достигает 100% (соответственно 0% участков вязкого разрушения). Это так называемый нижний порог хладноломкости Ти. Таким образом, переход из вязкого в хрупкое состояние происходит в интервале температур Гв -Г„.

С увеличением частоты нагружения (скорости деформирования) время нарастания напряжения сокращается. Так, при изменении частоты нагружения от 100 до 10 000 Гц продолжительность цикла уменьшается в 100 раз и составляет 0,00005 с. При высокой частоте скорость нагружения превышает скорость распространения пластической деформации. С увеличением частоты нагружения напряжение, соответствующее определенной пластической деформации, увеличивается. За каждый цикл нагружения металл теряет меньшую долю запаса пластичности. Общее число циклов до разрушения увеличивается по сравнению с более низкой частотой повторения нагрузки.

лены кривые У. различных материалов, нанесенные для конца 1-й и 2-й стадий процесса У. Эффект времени на сопротивление металла механическим воздействиям проявляется во влиянии частоты изменения переменных напряжений на кривую и пределы У. — с увеличением частоты число циклов, необходимо» для разрушения, увеличивается. Этот эффект особенно проявляется при действии высоких темп-р, коррозии (см. Усталость коррозионная), а также др. условий, вызывающих изменение состояния во времени, и тогда время, а не число циклов становится преобладающим фактором разрушения.

Современные представления о разрушении исходят из того, что это процесс, идущий во времени параллельно с деформацией (упругой или пластической). Особенность разрушения заключается в том, что оно явля-егся значительно более локальным и структурно-чувствительным, чем все виды деформации. Действительно, развитие трещины определяется структурой и свойствами материала в непосредственной близости (на микронных расстояниях) от ее вершины. Таким образом, характеристики макроразрушения образца или конструкции определяются локальными процессами в микрообъемах.

Современные представления о разрушении исходят из того, что это процесс, идущий во времени параллельно с деформацией (упругой или пластической). Особенность разрушения заключается в том, что оно является значительно более локальным и структурно-чувствительным, чем все виды деформации. Действительно, развитие трещины определяется структурой и свойствами материала в непосредственной близости (на микронных расстояниях) от ее вершины. Таким образом, характеристики макроразрушения образца или конструкции определяются локальными процессами в микрообъемах.

Основная трудность при сопоставлении энергии плавления с энергией разрушения заключается в том, что тепловая энергия поглощается кристаллической решеткой практически равномер-

Межзеренное разрушение в общем случае является малопластичным. Наиболее очевидный признак межзеренного разрушения заключается в наличии рельефа, соответствующего огранке-зерен. Межзеренное прохождение трещин устанавливают либо> при макроанализе (в случае размера зерна 0,05 мм и выше), либо при использовании увеличения оптического микроскопа. В крупнозернистом материале при обычно применяемых увеличениях электронных микроскопов 3 тыс. и более четко установить межзеренный характер разрушения иногда бывает затруднительно. При увеличении оптического микроскопа в межзеренных хрупких изломах наблюдаются гладкие площадки часто с частицами охрупчивающих включений. На этих площадках могут наблюдаться сдвиги в виде складок, четко выявляются границы-зерен. На электронных фрактограммах обнаруживаются менее грубые сдвиги, тонкодисперсные частицы различных выделений (рис. 28). От внутрикристаллического хрупкого скола такие изломы отличаются, как правило, отсутствием ручьистого узора, что, по-видимому, связано с меньшей возможностью «дробления» трещины при межзеренном прохождении разрушения no-сравнению с внутризеренным.

Относительную роль металлургического дефекта или другого концентратора, от которого началось разрушение, можно оценить по тому, с какой скоростью развивалось дальнейшее разрушение: при малой скорости — велика роль дефекта; при большой скорости роль дефекта вспомогательная, а основная причина разрушения заключается в перегрузке. При оценке роли дефектов и прочих концентраторов чрезвычайно важно учитывать способность данного материала тормозить разрушение по его характеристикам чувствительности к трещине ату, атс [26, 108] и коэффициентам интенсивности напряжений Кс, /Сю [72].

Если же рост аварийности деталей происходит при более низких температурах, чем снижение вязкости, то причина разрушения заключается в недостаточной хл а достой кости применяемого материала. В этом случае целесообразны повышение хладостойкое™ материала (например, при помощи соответствующей термообработки) или его замена.

Второе направление борьбы с поверхностными очагами разрушения заключается в создании поверхностных слоев, не чувствительных к повреждениям. Для предотвращения опасности механических повреждений во многих случаях может быть достаточным регулируемое обезуглероживание. Еще более действенно плакирование высокопрочной стали менее прочными и более пластичными марками, особенно нержавеющей стали. В последнем случае плакированный слой способен предотвратить опасность не только механических повреждений, но и повреждений диффузионного и коррозионного происхождения. Плакировка может производиться различными методами в процессе прокатки, выплавки, путем наварки и др. Наиболее высокое качество дает производство плакированных полуфабрикатов путем сварки взрывом. Плакированный слой толщиной 0,5мм, как видно из рис. 43, значительно повышает надежность, однако он значительно усложняет и удорожает как получение полуфабрикатов, так и дальнейшую обработку, в первую очередь — сварку. Эти обстоятельства пока препятствуют должному применению плакированных высокопрочных сталей и делают более экономически выгодным внедрение регулируемого обезуглероживания или нержавеющих стареющих сталей.

Как было установлено экспериментальным исследованием [1], неровности опорных роликов по мере износа могут достигать 4 мм, эллиптичность опорных бандажей — 15 мм. Задача защиты здания агломерационной фабрики от разрушения заключается в том, чтобы свести к минимуму переменную составляющую реакции перекрытия.

Это процесс постепенного накопления повреждений материала под воздействием переменных напряжений и коррозионно-активных сред, приводящий к изменению свойств, образованию коррозионно-усталостных трещин, их развитию и разрушению изделия. Этому виду разрушения в определенных условиях могут быть подвержены все конструкционные материалы на основе железа, алюминия, титана, меди и других металлов. Опасность коррозионно-усталостного разрушения заключается в том, что оно протекает практически в любых коррозионных средах, включая такие относительно слабые среды, как влажный воздух и газы, спирты, влажные машинные масла, не говоря уже о водных растворах солей и кислот, в которых происходит резкое, иногда катастрофическое снижение предела выносливости металлов. Поэтому коррозионная усталость металлов и сплавов наблюдается во всех отраслях техники, но наиболее она распространена в химической, энергетической, нефтегазодобывающей, горнорудной промышленности, в транспортной технике. Коррозионно-усталост-ному разрушению подвергаются стальные канаты, элементы бурильной колонны, лопатки компрессоров и турбин, трубопроводы, гребные винты и валы, корпуса кораблей, обшивки самолетов, детали насосов, рессоры, пружины, крепежные элементы, металлические инженерные сооружения и пр. Потеря гребного винта современным крупнотоннажным судном в открытом океане приносит4 убытки, исчисляемые миллионами рублей.

Еще одно важное ограничение, связанное с использованием метода граничных элементов (МГЭ) в трехмерной механике разрушения, заключается в неспособности МГЭ различать две компланарные поверхности, что необходимо при моделировании трещины в условиях комбинированного нагружения. При необходимости решения трехмерной задачи разрушения в условиях комбинированного нагружения следует воспользоваться дополнительным интегральным уравнением, имитирующим поверхностную дислокацию ''.

Специфика определена вязкости разрушения заключается в том, что достоверность оценки Kic регламентирована размерами испытываемого образца, которые зависят ot искомой ве-

В поведении металлов при циклическом нагружении качественно много общего с пластическим деформированием при статическом нагружении. По одним и тем же кристаллографическим плоскостям происходит скольжение, появляются остаточные напряжения 3-го рода, и происходит дробление зерен. Основное отличие усталостного разрушения заключается в локальном характере процесса, макроскопическое формоизменение образца или детали может и не наблюдаться.