Возникновения остаточных

Устройства транспирационного охлаждения предназначены в основном для использования в форсированных условиях, когда предъявляются особо жесткие требования к надежности. Их надежность в значительной мере определяется устойчивостью, т, е. способностью противостоять внешним возмущениям. Однако существенное повышение температуры и вызываемое им заметное увеличение динамической вязкости газообразного охладителя при движении его сквозь матрицу создают благоприятные условия для возникновения неустойчивости всего процесса. Неустойчивость проявляется в том, что при определенных условиях незначительное изменение одного из параметров приводит к неконтролируемому снижению расхода охладителя, сопровождаемому быстрым повышением температуры стенки и ее разрушением.

Теория бифуркаций выявила универсальный механизм возникновения неустойчивости в системах с обратной связью, описываемой соотношением (1.24), связанный с увеличением инерционности обратной связи. Увеличение г означает, что система начинает реагировать не на то, что происходит в данный момент времени, а на то, что с ней происходило раньше. В диссипативных системах это связано с особенностью таких систем, характеризующихся квазипериодическим характером изменения системы при бифуркационных переходах "устойчивость - неустойчивость". При изменении управляющего параметра реализуется спектр неустойчивостей в результате разрушения предельного цикла и образования нового при переходе через критическое значение управляющего параметра. Старый предельный цикл, исчезая, сменяется новым, при движении по которому системе для возвращения в исходное состояние, требуется вдвое больше времени, чем при движении при предыдущем исходном цикле, т.е. каждый раз при переходе с одного предельного цикла на другой происходит удвоение периода (бифуркация удвоения), что и определяет иерархию неустойчивости [2]. При переходе к новому устойчивому циклу (или к новой структуре) ее система реагирует на предыдущее состояние. Поэтому и в неживой природе используется понятие "память системы". Оно характеризует способность системы сохранять в той или иной степени свои параметры и обеспечивать использование информации о прошлом системы. Это позволяет использовать память системы в качестве характеристики необратимости или "скорости течения времени" в изучаемом процессе [19].

Проиллюстрируем «физический механизм» возникновения неустойчивости при расчете по явной схеме на примере плоской стенки без источников теплоты. Положим, что начальная температура стенки равна нулю во всех точках пространственной сетки, кроме одной точки с номером п = k (рис. 3.4): и*п = 0, п = 1, ... ..., N, n^k; и= 1.

Теория бифуркаций выявила универсальный механизм возникновения неустойчивости в системах с обратной связью, описываемой соотношением (1.24), связанный с увеличением инерционности обратной связи. Увеличение г означает, что система начинает реагировать не на то, что происходит в данный момент времени, а на то, что с ней происходило раньше. В диссипативных системах это связано с особенностью таких систем, характеризующихся квазипериодическим характером изменения системы при бифуркационных переходах "устойчивость - неустойчивость". При изменении управляющего параметра реализуется спектр неустойчивостей в результате разрушения предельного цикла и образования нового при переходе через критическое значение управляющего параметра. Старый предельный цикл, исчезая, сменяется новым, при движении по которому системе для возвращения в исходное состояние требуется вдвое больше времени, чем при движении при предыдущем исходном цикле, т.е. каждый раз при переходе с одного предельного цикла на другой происходит удвоение периода (бифуркация удвоения), что и определяет иерархию неустойчивости [2]. При переходе к новому устойчивому циклу (или к новой структуре) ее система реагирует на предыдущее состояние. Поэтому и в неживой природе используется понятие "память системы". Оно характеризует способность системы сохранять в той или иной степени свои параметры и обеспечивать использование информации о прошлом системы. Это позволяет использовать память системы в качестве характеристики необратимости или "скорости течения времени" в изучаемом процессе [19].

Открытая система эволюционирует путем чередования устойчивых и неустойчивых ее положений при переходе через критические точки, названные точками бифуркации [46]. Неизбежность возникновения неустойчивости перед переходом через точку бифуркации связана с возникновением флуктуации в системе. В момент перехода через критическую точку система осуществляет выбор того типа диссипативной структуры, который обеспечивает наиболее энергоемкий способ ее дальнейшей эволюции.

Если с самого начала пренебречь и внутренним трением 6, то кривая L на рис. II. 7 исчезнет и вся зона <»! << со <С со2 станет зоной неустойчивости, но зато при со > со2 будет иметь место устойчивость. Таким образом, в закритическои области, как и в закритическои области для круглого вала, внутреннее трение может быть причиной возникновения неустойчивости.

Для одноярусного маяка высотой 68 м Шухов предложил принципиально новое конструктивное решение гиперболоидной системы с установкой по центру железной трубы (диаметр 2 м) 16), связанной с остовом радиальными тягами в плоскости колец (через 10 м). Выбор конструктивной формы двух гиперболоидных маяков в г. Херсоне (высота 68 и 28м, 1911т.) был глубоко продуман Шуховым (рис. 150—152). Для башен большой высоты Шухов предложил конструкцию многоярусных башен. Впервые для напорной башни железнодорожной станции г. Ярославля (1911 г.), чтобы избежать возникновения неустойчивости стержней в башне большой высоты (39,5 м), Шухов предложил гиперболоидную систему нового архитектурного облика в виде двухъярусной конструкции (проект 1910 г.) для установки двух резервуаров: верхнего резервуара высокого напора и нижнего резервуара, находящегося у среднего кольца остова, предназначенных для снаб-

В дальнейшем в целях ориентировочного предварительного изучения общей задачи, содержащей вполне корректные предположения, в качестве основного течения рассматривается идеализированный случай так называемого «плоского течения при наличии критической точки» и исследуется его устойчивость. Это идеализированное течение описано точным решением уравнений Навье—Стокса для перпендикулярного обтекания бесконечной плоской стенки. Указанное течение можно аппроксимировать на реальное течение в окрестности передней критической точки цилиндра. Однако при этом следует иметь в виду появление известных вырождений задачи. В то же время нельзя получить критическое число Рейнольдса, если рассматривать только уравнение Навье — Стокса. Кроме того, при значительном удалении от критической точки и возрастании скорости состояние потока во всей массе жидкости можно считать состоянием как бы на 'бесконечности; тогда возмущения, налагаемые на поток, оказывают относительно малое влияние. Таким образом, подобное предварительное исследование дает" лишь качественное объяснение возникновения неустойчивости потока вблизи критической точки.

5.6.1. ФИЗИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ГОРЕНИЯ

5.6.1. ФИЗИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ГОРЕНИЯ

свободные колебания отдельных частей и всего Л А в полете (особые виды свободных колебаний в потоке: срывные автоколебания, трансзвуковые колебания, совместные колебания конструкции с системой управления, панельный флаттер, автоколебания вертолета в наземном положении с вращающимся несущим винтом, продольные колебания ракет в контуре корпус — топливная система — двигатель, поперечные колебания ракет при воздействии тяги двигателей). Все перечисленные виды колебаний, как н «классический» флаттер, связаны с возможностью возникновения неустойчивости, имеющей колебательный характер.

Остаточные деформации можно в значительной степени уменьшить, если правильно разработать технологический процесс сварки и правильно наметить способы борьбы со сварочными деформациями. Для этого необходимо четко представлять себе механизм возникновения остаточных деформаций и разбираться в приближенных расчетных методах определения остаточных деформаций, разработанных Н. О. Окербломом, которым для расчетов рекомендовано пользоваться следующими формулами:

Концентраторы напряжений вызывают неравномерное распределение напряжений и деформаций при нагру-жении. Многие концентраторы таковы, что при нагруже-нии в отдельных участках элемента могут возникать пластические деформации. В результате этого после разгрузки сосуда от испытательного давления в окрестности концентратора возможно возникновение полей остаточных напряжений, отличающихся от таковых при нагружении. Причем в зонах, где возникли пластические деформации при нагружении, реализуются напряжения сжатия. Схематически, процесс возникновения остаточных напряжений при испытаниях показан на рис. 1.20.

В пространственных объектах применяют метод фиксации' на пря-ж е н и и. Для этого модель нагревают под нагрузкой до возникновения остаточных деформаций (термофиксация или «замораживание» напряжений) или, что проще, повышают испытательную нагрузку до возникновения остаточных деформаций. Затем модель разрезают на тонкие пластинки, по которым изучают распределение напряжений в различных слоях модели.

Обязательным условием возникновения остаточных деформаций и напряжений является наличие пластической деформации при нагреве. Чем выше нагрев и больше его неравномерность, тем более вероятно появление при нагреве пластических деформаций, а следовательно, и остаточных напряжений и деформаций.

Для случаев однопроходной сварки встык с полным проплав-лением пластин (рис. 11.11, а) из низкоуглеродистой стали распределение остаточных продольных напряжений ах в поперечном сечении имеет характерный вид, представленный на рис. 11.11,0. Причина возникновения остаточных напряжений ах — остаточные пластические деформации укорочения гхпл в шве и околошовной зоне на ширине 2Ь„Л (рис. 11.11,6). В процессе сварки на стадии нагрева происходят пластические деформации укорочения, а на стадии охлаждения — пластические деформации удлинения. Так как пластические деформации на стадии нагрева по абсолютной величине больше, чем на стадии

Разрушение участка трубопровода (0168x12 мм) газа раз-газирования на Карачаганакском нефтегазоконденсатном месторождении произошло в зоне приварки штуцера (060x14 мм). В момент, предшествовавший разрушению, трубопровод находился под давлением 3,5 МПа в отсутствие движения среды. Температура стенки трубы составляла минус 25-минус 27°С. Зарождение и докритический рост трещин происходили из-за наличия непровара на границе сплавления кольцевого шва штуцера и основного металла трубы. После достижения трещиной критической длины (40—42 мм) началось лавинообразное разрушение в обе стороны от штуцера, о чем свидетельствует наличие шевронного излома. Остановка трещин произошла на основном металле трубы в результате их многократного разветвления. Трещины в шве образовались из-за нарушения технологии подготовки изделий под сварку и возникновения остаточных сварочных напряжений. В соответствии с требованиями нормативной документации штуцер должен изготавливаться без отверстия и привариваться к трубе угловым швом с разделкой кромки. Сверление штуцера и трубы должно выполняться после его приварки с одновременным сверлением отверстия в трубе и удалением возможных непроваров в корне шва. Сварное соединение данного штуцера было выполнено с нарушением технологии изготовления и имело непровары и трещины глубиной до 3 мм. Наличие этих характерных дефектов сварных швов свидетельствовало о том, что контроль качества металла неразрушающими методами не проводился. Предусмотренная технологией местная термическая обработка сварного соединения "патрубок-труба", проводимая путем нагрева металла пламенем газовой горелки, не привела к существенному снижению напряжений в сварном шве. Разрушение трубопровода газа разгазирования произошло по механизму сероводородного растрескивания в результате развития недопустимых дефектов (трещины, непровары, высокие остаточные напряжения) в сварном соединении "штуцер-труба".

Если же деталь изготовлена из хрупкого материала, то опасаться возникновения остаточных деформаций не приходится — они ничтожно малы, опасаются самого разрушения, а потому в качестве предельного напряжения хрупкого ^материала берут предел прочности.

бром; тв. тела - бор, углерод, кремний, фосфор, мышьяк, серу, селен, теллур, иод, астат. НЕОБРАТИМЫЙ ПРОЦЕСС - физ. процесс (диффузия, теплопроводность, вязкое течение жидкости, газа и др.), к-рый может самопроизвольно протекать только в одном направлении - в сторону равномерного распределения в-ва, теплоты и т.д. Система, в к-рой произошли Н.п., не может вернуться в исходное состояние без возникновения остаточных изменений в самой системе или окружающей среде. Все реальные процессы, строго говоря, необратимы и в замкнутых системах сопровождаются возрастанием энтропии.

Раскрытие вершины усталостной трещины определяется уровнем остаточных напряжений, возникающих в пределах зоны пластической деформации перед ее вершиной. Это служит основанием для установления корреляции между продвижением трещины в цикле нагружения и радиусом зоны пластической деформации. Возможны две ситуации: упругое и пластическое раскрытие вершины трещины. В первом случае работа пластической деформации осуществляется преимущественно перед вершиной трещины и связана в основном с формированием зоны пластической деформации. Во втором случае происходит и формирование зоны, и пластическое деформирование материала, приводящее к затуплению вершины трещины. За счет возникновения остаточных напряжений в пределах зоны пластической деформации имеет место эффект закрытия трещины, который оказывает влияние на продвижение трещины в цикле нагружения.

Расстояние между дислокациями в пластинчатой эвтектике А1 — СиА12 было измерено Дэвисом и Хеллеуэллом [12]. Найденное ими расстояние хорошо согласуется с величинами, предсказанными на основе представлений о несоответствии параметров решеток. Наблюдалось также повышение твердости при быстром охлаждении с высокой температуры, котооое было объяснено возникновением внутренних деформаций вследствие увеличения несоответствия при закалке с высоких температур. Увеличение несоответствия решеток обусловлено различием коэффициентов термического расширения фаз А1 и СиАЬ. Аналогичный эффект возникновения остаточных напряжений наблюдали в системе (Со, Сг) — (Сг, Со)7С3 Косе и Копли [37]. Значительная анизотропия предела прочности при растяжении и сжатии была связана с различием коэффициентов термического расширения. Этот вопрос рассмотрен более подробно Эбертом и Райтом в гл. 2.

58. Гликмаи Л, А., Санфирова Т.П., Степанов В. А. О возникновения остаточных напряжений I рода при растяжении (к вопросу об ослабленном поверхностном слое),— ЖТФ, 1949, т. XIX, вып. 9.