Свойствах материалов

- информацию о свойствах материала с учетом явлений технологического наследования и физико-механического старения;

а) информацию о свойствах материала с учетом явлений технологического наследования и физико-механического старения;

Диаграмма растяжения содержит гораздо больше информации о свойствах материала, чем определяется по ГОСТу 1497 и др. При оценке механических характеристик металла при диагностировании аппарата и в исследовательских работах эта информация должна извлекаться по возможности более полно. Это дает ряд тонких характеристик материала, реагирующих на такие изменения в структуре, которые, не меняя стандартных параметров (стт, ст„, 8, vy), сказываются, например, на склонности к хрупкому разрушению, усталостной прочности и т.п.

• информацию о свойствах материала с учетом явлений технологического наследования и физико-механического старения;

Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки работает в условиях действия механических напряжений, высоких температур и коррозионно-активных рабочих сред, инициирующих возникновение и накопление повреждений, приводящих со временем к нарушению его работоспособности. Современные методы механики деформируемого твердого тела позволяют прогнозировать долговечность конструкций на основе расчета напряженно-деформированного состояния для любой точки конструкции. Но для расчета напряженно-деформированного состояния на действующей конструкции необходимо точное знание всех термомеханических режимов эксплуатации либо текущей диаграммы нагружения. Знание исходных на момент изготовления конструкции механических свойств металла недостаточно, так как они в процессе эксплуатации существенно изменяются. Проведение стандартных механических испытаний на действующей конструкции невозможно, поэтому в настоящее время расчет напряженно-деформированного состояния для оценки долговечности осуществляется с использованием данных о свойствах материала в исходном состоянии, что не обеспечивает необходимую точность.

Общепринятая модель трещины в механике разрушения - математический разрез в теле из неповрежденного материала. Трещину считают заданной, а ее размер достаточно большим по сравнению с максимальным размером структуры материала - размером зерна, кристаллита, волокна и тому подобное. Такие трещины называют макроскопическими (в отличие от микроскопических трещин, размер которых имеет порадок характерного размера структуры материала или менее). Задача состоит в том, чтобы найти закономерности роста трещины при различных свойствах материала и различных процессах нагружения, а также установить условия, при которых этот рост устойчив, то есть малые приращения нагрузок или малые изменения размеров трещин не приводят к ее интенсивному росту. В действительности физический процесс разрушения состоит из двух стадий. Первая стадия — накопление рассеянных повреждений - может составлять значительную часть общего ресурса (по различным данным от 50 до 90 %). Если в детали или элементе не было начальных технологических трещин, то зарождение первой макроскопической трещины есть результат накопления рассеянных повреждений. Процесс накопления повреждений продолжается и после того, как начался рост трещины, причем зги процессы взаимодействуют между собой.

Но для расчета напряженно-деформированного состояния на действующей конструкции необходимо точное знание всех термомеханических режимов эксплуатации либо текущей диаграммы нагружения. Знание исходных на момент изготовления конструкции механических свойств металла недостаточно, так как они в процессе эксплуатации существенно изменяются. Проведение стандартных механических испытаний на действующей конструкции невозможно, поэтому в настоящее время расчет напряженно-деформированного состояния для оценки долговечности осуществляется с использованием данных о свойствах материала в исходном состоянии, что не обеспечивает необходимую точность.

Когда мы говорили об упругих свойствах материала, мы полагали, что свойства эти одинаковы по всем направлениям и упругие константы материала для всех направлений одни и те же. Многие материалы, применяемые на практике, действительно обладают такими свойствами, однако далеко не все. В частности, отдельные кристаллы обычно обладают различными упругими свойствами в разных направлениях. Например, куб, вырезанный из кристалла, под действием одной итой же силы, приложенной к различным его граням, вообще говоря, испытывает различные деформации.

Первичные данные о механических свойствах материала получают в результате специальных лабораторных испытаний на испытательных машинах. Вид образцов и методы испытаний регламентированы государственными стандартами. При этом получают диаграмму растяжения F =/(Д/). Исключив влияние размеров образца путем деления силы на начальную площадь, а удлинения — на начальную длину образца, получим диаграмму деформирования а = /(s). Типичная диаграмма деформирования приведена на рис. 10.5.

Оборудование предприятий нефтехимии и нефтепереработки работает в условиях действия механических напряжений, высоких температур и коррозионно-активных рабочих сред, инициирующих возникновение и накопление повреждений, приводящих со временем к нарушению его работоспособности. Современные методы механики деформируемого твердого тела позволяют прогнозировать долговечность конструкций на основе расчета напряженно-деформированного состояния для любой точки конструкции. Но для расчета напряженно-деформированного состояния на действующей конструкции необходимо точное знание всех термомеханических режимов эксплуатации либо текущей диаграммы нагружения. Знание исходных на момент изготовления конструкции механических свойств металла недостаточно, так как они в процессе эксплуатации существенно изменяются. Проведение стандартных механических испытаний на действующей конструкции невозможно, поэтому в настоящее время расчет напряженно-деформированного состояния для оценки долговечности осуществляется с использованием данных о свойствах материала в исходном состоянии, что не обеспечивает необходимую точность.

Общепринятая модель трещины в механике разрушения - математический разрез в теле из неповрежденного материала. Трещину считают заданной, а ее размер достаточно большим по сравнению с максимальным размером структуры материала - размером зерна, кристаллита, волокна и тому подобное. Такие трещины называют макроскопическими (в отличие от микроскопических трещин, размер которых имеет порядок характерного размера структуры материала или менее). Задача состоит в том, чтобы найти закономерности роста трещины при различных свойствах материала и различных процессах нагружения, а также установить условия, при которых этот рост устойчив, то есть малые приращения нагрузок или малые изменения размеров трещин не приводят к ее интенсивному росту. В действительности физический процесс разрушения состоит из двух стадий. Первая стадия - накопление рассеянных повреждений - может составлять значительную часть общего ресурса (но различным данным от 50 до 90 %). Если в детали или элементе не было начальных технологических трещин, то зарождение первой макроскопической трещины есть результат накопления рассеянных повреждений. Процесс накопления повреждений продолжается и после того, как начался рост трещины, причем эти процессы взаимодействуют между собой.

Для сложного напряженного состояния подобный метод оценки прочности непригоден. Дело в том, что для одного и того же материала, как показывают опыты, опасное состояние может наступить при различных предельных значениях главных напряжений аь а2 и 03 в зависимости от соотношений между ними. Поэтому экспериментально установить предельные величины главных напряжений очень сложно не только из-за трудности постановки опытов, но и вследствие большого объема испытаний. В случае сложного напряженного состояния конструкции рассчитывают на прочность, как правило, на основании теоретических разработок с использованием данных о механических свойствах материалов, получаемых при испытании на растяжение и сжатие (иногда используют также результаты опытов на кручение). Только в отдельных случаях для оценки прочности конструкции или ее элементов прибегают к моде-

Допущения о свойствах материалов:

При выборе материала для какого-либо элемента конструкции в последующих расчетах необходимо знать механические свойства материала, определяющие его прочность, упругость, твердость и пластичность. Необходимые сведения о различных механических свойствах материалов получают экспериментально в процессе механических испытаний на растяжение, сжатие, срез, кручение и изгиб.

Поскольку прогнозирование остаточного ресурса относится к конкретному, индивидуальному объекту, а гфсмноз неизбежно содержит элементы вероятностного характера, то возника гг вопрос об истолковании вероятностных выводов применительно к ищ ивидуальным объектам и индивидуальным ситуациям. Современная тео эия вероятностей и математическая статистика традиционно отдают предпочтение статистической интерпретации вероятности как единственном} толкованию, имеющему объективный смысл. Аналогичное толкование / ают и в системной теории надежности, развитой в первую очередь прим мнительно к массовой продукции, работающей в статистически однороди >гх условиях. Применительно к уникальным объектам приходится использот ать менее популярное понятие индивидуальной, субъективной или байессвской вероятности как меры уверенности в истинности суждения. Теорш статистических решений почти целиком основана на байесовском истолковании вероятности, причем выводы индивидуального характера базирук ггся на статистической информации, полученной из анализа представител эных выборок. Применительно к прогнозированию индивидуальных показателей надежности роль статистической информации играют данные о на рузках, свойствах материалов, соединений и деталей, причем эти данные < тносятся либо к массовым явлениям, либо к эргодическим процессам. Г снятия индивидуальных показателей надежности, в конечном счете, представляют собой математическую формализацию интуитивных представлений, которые использует группа экспертов при обсуждении вопроса о возможности дальнейшей эксплуатации конкретного технического объекта.

Технологическая схема процесса плазменного напыления деталей, которая основана на физико-металлургических свойствах материалов (рис. 217, 218), включает следующие этапы: подбор плаз-мообразующего газа, выбор жаростойких материалов для покрытия, разработку технологии покрытия, выбор установки и разработку методов контроля покрытий.

Для создания достаточно простых и удобных для инженерной практики расчетов используются допущения и гипотезы о свойствах материалов и характере деформации.

Хотя деление на пластичные и хрупкие материалы все же существует, следует помнить, что речь идет о свойствах материалов при нормальных условиях, т. е. при температуре порядка 20° С и статическом нагружении.

Необходимость испытания материалов тесно, переплетается с их назначением. В течение очень длительного времени развития человечества знание свойств материалов приобреталось лишь через практическое применение. В дальнейшем, в, связи с развитием науки и техники, появилась необходимость предварите пьного испытания с целью получения знаний о свойствах материалов с учетом перспективы их конкретного применения. Бернал /1/ цитировал „архитектора Витрувия. который рекомендовал римским инженерам подвергать в течение двух лет климатическим испытаниям строительный камень, чтобы определить его пригодность, ___. -__.. -

Трибоматсриаловедение является специфическим разделом науки о строении и свойствах материалов и служит связующим звеном между трибофизикой и комплексом знаний, составляющих основы трибологии и триботехники. Основные исследования триботехнических материалов (металлов и сплавов, композиционных материалов с металлической и полимерной матрицей) ведутся в направлении разработки структурных и термодинамических критериев их модификации, способности мягкой фазы и полимерной матрицы образовывать пластичные и долговечные пленки фрикционного переноса и диссипативные трибоструктуры в поверхностном слое материала трущихся деталей.

Для упрощения расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость приходится прибегать к некоторым допущениям и гипотезам о свойствах материалов и характере деформаций. Основные допущения о свойствах материалов сводятся к следующему:

Поскольку прогнозирование остаточного ресурса относится к конкретному, индивидуальному объекту, а прогноз неизбежно содержит элементы вероятностного характера, то возникает вопрос об истолковании вероятностных выводов применительно к индивидуальным объектам и индивидуальным ситуациям. Современная теория вероятностей и математическая статистика традиционно отдают предпочтение статистической интерпретации вероятности как единственному толкованию, имеющему объективный смысл. Аналогичное толкование дают и в системной теории надежности, развитой в первую очередь применительно к массовой продукции, работающей в статистически однородных условиях. Применительно к уникальным объектам приходится использовать менее популярное понятие индивидуальной, субъективной или байесовской вероятности как меры уверенности в истинности суждения. Теория статистических решений почти целиком основана на байесовском истолковании вероятности, причем выводы индивидуального характера базируются на статистической информации, полученной из анализа представительных выборок. Применительно к прогнозированию индивидуальных показателей надежности роль статистической информации играют данные о нагрузках, свойствах материалов, соединений и деталей, причем эти данные относятся либо к массовым явлениям, либо к эргодическим процессам. Понятия индивидуальных показателей надежности, в конечном счете, представляют собой математическую формализацию интуитивных представлений, которые использует группа экспертов при обсуждении вопроса о возможности дальнейшей эксплуатации конкретного технического объекта.