Разрушению конструкции

Циклическое упругопластическое деформирование приводит к накоплению пластических деформаций, зависящему от количества циклов нагружения и амплитуды деформации в каждом цикле. Это накопление может быть односторонним, монотонно нарастающим по мере увеличения количества циклов или не приводящим к однонаправленному росту деформаций. Характер протекания пластических деформаций зависит от условий передачи нагрузки на деформируемый элемент, жесткости сопрягаемых деталей, а также от свойств материала. Накопление деформации при упруголластич'еском деформировании металлов с низкой частотой приводит к появлению трещин и, в конечном счете, к разрушению конструкций при малоцикловом (несколько сотен или тысяч циклов) и при многоцикловом (107 — 10' циклов) нагружении. Закономерности деформирования и разрушения металлов при малоцикловых и многоцикловых испытаниях имеют ряд различий.

Каждая шестая доменная печь работает на коррозию—-таков итог пагубного действия коррозии, приводящей к разрушению конструкций, понижению качества продукции, а также к авариям и несчастным случаям на производстве.

Коррозионное воздействие, например со стороны окислительной газовой среды в турбогенераторе или установке для газификации угля, в сочетании с высокой температурой может приводить к преждевременному разрушению конструкций даже при сравнительно низких механических напряжениях. В принципе можно предусмотреть меры против пластической деформации при высоких температурах еще на стадии проектирования, повысив сопротивление ползучести,, длительную прочность (время до разрушения) и вязкость разрушения материалов. Однако, к сожалению, современные знания о ползучести и разрушении материалов под напряжением, даже в отсутствие осложняющих факторов, связанных с воздействием внешней среды, являются в лучшем случае качественными [1—7]. Известные проявления влияния среды на ползучесть и разрушение материалов под напряжением еще требуют анализа, обобщения и систематизации.

Летательные аппараты - фюзеляж, двигатели (турбореактивные, внутреннего сгорания), лопасти, тормоза, покрышки и другие составные части Отслоения, пустоты, проникновение влаги в планер, лопасти и несущие плоскости, включая сотовые конструкции. Заблокированные вентиляционные отверстия в лопатках турбин двигателей, работоспособность противообледени-тельных систем, протечки в гидравлических системах фюзеляжа, проверка пористых структур планера на предмет наличия влаги и отслоения материала. Проверка систем обогрева и устранения обледенения фонаря кабины Протечки в фюзеляже могут вызвать проблемы в гидравлических системах, проникновение влаги приводит к просачиванию топлива через изоляционный материал, что приводит к напрасной потере топлива в полете и особенно при взлете. Более высокое влагосо-держание приводит к разрушению конструкций.

АЭ в процессе нагружения материалов позволяет обнаружить ранние стадии трещинообразования, предшествующие хрупкому разрушению конструкций. Поэтому значительные усилия исследователей направлены на установление количественных и качественных связей между параметрами АЭ и характером развития микротрещин в образцах материалов и элементах конструкций.

Панельный флаттер возникает при сверхзвуковых скоростях обтекания и не носит взрывной характер, приводящий к мгновенному разрушению конструкций. Поперечные колебания при панельном флаттере происходят с некоторыми предельными амплитудами, определяемыми при помощи нелинейных теорий, учитывающих немалые деформации.. Однако расчет критических значений параметров (скорости обтекания, частот и толщин панели и др.), при которых возникает панельный флаттер, можно выполнить на основе линейных моделей [4, 55, 64].

Изложенный подход к определению сопротивления разрушению конструкций, как и все известные сейчас аналоги, не учитывает

Кратко рассмотрим методы косвенной оценки характеристик сопротивления разрушению конструкций с развивающимися трещинами, которые основаны на фрактографи-ческих исследованиях пространственного расположения бороздок усталости и определении размеров зоны вытяжки. Обычно бороздки и зона вытяжки образуются на изломе металлических материалов в процессе усталостного разрушения. Анализ изменений ширины бороздок в сочетании с данными о режиме нагружения позволяет определять скорость роста трещины, вычислять значения параметра К\ и строить диаграмму усталостного разрушения. По ширине и высоте зоны' вытяжки можно приближенно установить стартовое значение

нагрузок, однако в действительности такой расчет не является достаточным для рулонируемого сферического резервуара, претерпевающего нерегулярное циклическое воздействие, вызванное рулонирова-нием, дерулонированием, периодическими наполнениями и опорожнениями, приводящими к накоплению циклических повреждений в сварных соединениях. Проведенный анализ факторов разрушения сварных конструкций [91] показал, что наряду с такими факторами, как чувствительность металлов к надрезу, конструктивные надрезы, наличие дефектов сварки, остаточные напряжения, нельзя не учитывать появление усталостных трещин, рост которых в комплексе с другими факторами может привести к разрушению конструкций.

К настоящему времени ученые и практики уже подошли к разработке физико-химической модели сопротивляемости разрушению конструкций, эксплуатируемых в условиях воздействия экологических и коррозионно-опасных сред.

Каждая шестая доменная печь работает на коррозию-— таков итог пагубного действия коррозии, приводящей к разрушению конструкций, понижению качества продукции, а также к авариям и несчастным случаям на производстве.

разрушению конструкций; зарегистрированы повышенные скорости коррозии металлов в промышленных районах, усиленные разрушения стальных конструкций железнодорожных депо, топливной арматуры, работающей на сернистом топливе, а также морских конструкций.

Одним из важных параметров является температура гидроиспытания. Основным принципом безопасности сосудов высокого давления является следующий: нагружение сосуда должно осуществляться в таком диапазоне температур и напряжений, в котором ни одна из возможных трещин в металле не может перейти к нестабильному распространению, т. е. привести к хрупкому разрушению конструкции.

Внутренние остаточные напряжения являются опасными, так как складываются с действующими рабочими напряжениями и могут привести к преждевременному разрушению конструкции.

стоянию конструкции и обеспечивать получение действительных характеристик сопротивления малоцикловому разрушению металла в зоне возможного достижения предельного состояния по малоцикловому разрушению конструкции.

Проектируя морское сооружение из низколегированной стали, конструктор, при заданной прочности мог бы взять меньшую толщину стенок, чем при использовании углеродистой стали. Однако при более высокой скорости коррозии это может привести к ускоренному разрушению конструкции. Таким образом, при проектировании, в принципе, следовало бы предусматривать больший допуск на коррозию низколегированных сталей, чем для углеродистой стали. В то же время при использовании подходящего защитного покрытия более высокие прочностные характеристики низколегированных сталей позволяют добиться общего выигрыша. Катодную защиту в случае низколегированных сталей следует применять с большой осторожностью, поскольку эти сплавы нередко более склонны к водородному охрупчиванию, чем углеродистая сталь.

Необходимость в использовании специальной тепловой защиты возникает в тех случаях, когда незащищенная конструкция под действием тепловых потоков неминуемо должна разрушиться. Верхним пределом применимости самых жаропрочных металлов без тепловой защиты можно, по-видимому, считать тепловые потоки порядка 2,5-105 Вт/м2, которые приводят к равновесным температурам поверхности, превышающим 1500 К- Названные величины могут рассматриваться лишь как условная граница, поскольку в большинстве случаев тепловое воздействие может усугубляться механическими и окислительными воздействиями, что приводит к разрушению конструкции при существенно меньших температурах.

Как показывает опыт изготовления и эксплуатации сварных конструкций энергоустановок, работающих при высоких температурах, хрупкость материала при комнатной температуре может в определенных случаях привести к разрушению изделия при отсутствии рабочих напряжений. Необходимо учитывать, что непосредственно после сварки в изделии возникают остаточные напряжения, имеющие в массивных узлах характер реактивных сварочных напряжений (глава III). Скрытая энергия, накопившаяся в изделии при наличии в нем реактивных напряжений, может достигать очень высоких значений, превосходящих величину энергии, которая может быть поглощена хрупким материалом, особенно при наличии различных концентраторов напряжений в виде резкого изменения формы сечения или дефектов в швах (непроваров, трещин и других). В этих условиях зародышевая трещина, идущая от концентратора напряжений, будет развиваться дальше, приводя к полному разрушению конструкции. При сборке, гидравлических испытаниях узла -и в процессе пуска установки конструкция также подвергается воздействию напряжений при комнатной температуре. При наличии конструктивных концентраторов напряжений и хрупком материале и в этих случаях может произойти разрушение изделия.

Наибольшую опасность при циклических нагревах представляет появление вторичных пластических деформаций, могущих привести к преждевременному разрушению конструкции вследствие термической усталости. Наиболее вероятно возникновение очагов разрушения в зоне сплавления перлитной или хромистой стали с аустенитиым швом, в которой возможно появление пластических деформаций и напряжения в которой меняют свой знак. Поэтому принятие мер для устранения переходных прослоек, ослабляющих зону сплавления, является непременным условием повышения работоспособности сварных соединений.

Второй случай наиболее часто наблюдается в практике и представляет собой автокаталитически развивающийся процесс коррозии, приводящий к разрушению конструкции.

Если к конструкции приложить некоторую изменяющуюся во времени силу R(t), частота колебаний которой равна или почти равна ее собственной частоте колебаний, следует ожидать интенсивных колебаний, связанных с явлением резонанса. При этом в элементах конструкций возникают напряжения, которые могут привести к разрушению конструкции.

Трещины под шапкой (рис. 4.24, а) и фланцем (рис. 4.24, б) возникают в результате перегрузки при испытаниях на растяжение. В процессе эксплуатации эти трещины растут и могут привести к разрушению конструкции. Трещины под шапкой обнаруживают специальными преобразователями с малым углом наклона, сканируя поверхности между шапкой и юбкой или между юбками соседних изоляторов. Признаком трещины служит раздвоение эхосигнала от края изолятора. Однако если крупная трещина обнаруживается со

Неустойчивость в потоке, имеющую колебательный характер, называют флаттером. Флаттер может привести к разрушению конструкции. Поэтому предотвращение флаттера — важная техническая задача. Комплексные частоты Vy и соответствующие комплексные формы колебаний qy определяются нз системы алгебраических однородных уравнений, соответствующих (36) [10, 11, 12]: