Нерегулярного нагружения

Дефекты основного металла и сварных соединений приводят к образованию некогерентных границ зерен, коррозионно нестойких пленок, создают концентрацию макро- и микронапряжений, повышают термодинамическую неустойчивость дефектных участков поверхности и интенсифицируют их наво-дороживание и электрохимическое растворение. Поэтому для повышения надежности оборудования и коммуникаций, контактирующих с сероводородсодержащими средами, наряду с тщательным входным контролем соответствия материалов конструкций техническим условиям на их поставку и неразрушающим контролем монтажных сварных соединений, эффективными являются предпусковые гидроиспытания металлоконструкций давлением, создающим напряжения до 95% от минимального нормативного значения предела текучести металла [33, 34]. В ходе этих испытаний разрушаются участки основного металла и сварных соединений, содержащие потенциально опасные дефекты. Вокруг оставшихся неопасных дефектов образуются зоны остаточного сжатия, повышающего коррозионную стойкость сварных соединений. Кроме того, после гидравлических испытаний в 2-3 раза снижаются максимальные остаточные напряжения в зоне сварных соединений труб за счет пластического удлинения растянутых областей металла. Одновременно снижаются наиболее высокие монтажные напряжения в трубопроводах. Там, где по техническим причинам проведение гидроиспытаний не представляется возможным, для выявления недопустимых дефектов необходимо применять 100%-ный радиографический контроль сварных соединений и его 100%-ное дублирование ультразвуковым методом [25, 35].

Приближенная оценка реальных дефектов, выявляемых неразрушающим контролем, производится по коэффициенту выявляемое™ KB = F3/ Fd, где Fg — выявляемая УЗК площадь дефекта, Fd — действительная площадь дефекта при вскрытии. Коэффициент Kg для сварных соединений составляет 0,5... 1,5.

Исследования в различных областях промышленности показали [33], что повышение эффективности технического диагностирования может быть достигнуто оптимизацией. Как правило, при техническом диагностировании оптимизация проводится по затратам, связанных с неразрушающим контролем.

Суммируя все вышеперечисленные затраты получаем общие затраты на работы, связанные с неразрушающим контролем.

Приближенная оценка реальных дефектов, выявляемых неразрушающим контролем, производится по коэффициенту выявляемое™ KB = Fa/ Fd, где Гэ — выявляемая УЗК площадь дефекта, F^ — действительная площадь дефекта при вскрытии. Коэффициент К^ для сварных соединений составляет 0,5... 1,5.

Сейчас в мире неразрушающим контролем занято 1400 фирм, из них 920 в США. По американским стандартам ни один вид материала, ни одно изделие не имеет права на жизнь без предварительных внешних испытаний. Многие изделия несут в себе встроенные контролирующие устройства. Годовые каталоги крупнейших в области неразрушающего контроля фирм стали необходимым объектом изучения для «Спектра». Объединение должно знать эти фирмы поименно, изучать их номенклатуру, технический уровень изделий. Но не для того, чтобы догонять. Нет неблагодарнее задачи, чем стараться не отстать. В крайнем случае нужно попытаться идти параллельно. Но с такими силами, какими он располагает, и возможностью их плановой концентрации на важнейших направлениях поиска «Спектр» ставит своей целью стать лидером в приоритетных исследованиях.

Книга предназначена для инженерно-технических работников промышленных предприятий, научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро, связанных с неразрушающим контролем качества продукции. Она может быть полезна также студентам технических учебных заведений. Табл. 37, ил. 160, список лит. 162 назв.

Рассмотренные особенности ПКМ (их гетерогенность, анизотропия, высокое затухание, зависимость акустических свойств от процентного содержания армирующих волокон и связующего, ориентации армирующих волокон, пористости, количества слоев, и т.п.) существенно усложняют задачу их неразрушающего контроля по сравнению с неразрушающим контролем металлов.

При изготовлении образцов сварные соединения выполняют по той технологии сварки, которая соответствует исследуемому изделию в части выбора метода сварки, присадочного металла, количества проходов, последующей обработки соединений и т.д. Нередко возникает необходимость оценки работоспособности сварных соединений, имеющих дефекты или технологические отклонения. Образцы с дефектами требуемого типа получают либо создавая дефекты искусственно с помощью специальных приемов, либо путем вырезки образцов из той части сварного соединения с протяженным швом, где неразрушающим контролем установлено наличие характерных дефектов.

Рассмотрим выражение (66) более подробно, так как в нем в наиболее простом виде проявляется прямая связь между неразрушающим контролем, остаточной дефектностью и прочностью.

Связь между неразрушающим контролем дефектов (НК) и прочностью конструкций очевидна. Так как в подавляющем числе случаев разрушение конструкции начинается с зарождения и развития в ней трещины (или развития уже имеющихся технологических несплошностей), НК позволяет своевременно диагностировать стадию начала разрушения и тем самым предупредить развитие разрушения и его катастрофические последствия.

Итак, одни и те же уравнения синергетики описывают поведение открытых систем между двумя соседними точками бифуркации при любом виде регулярного и нерегулярного нагружения элемента конструкции. При этом каждому отрезку времени будет соответствовать свой управляющий параметр, и эволюция системы в каждый момент времени будет, например, определяться по уравнению

Итак, анализ сигналов акустической эмиссии в процессе раскрытия и закрытия берегов усталостной трещины свидетельствует о реализации ротационных эффектов в зоне пластической деформации и разрушения материала при формировании усталостных бороздок в каждом цикле приложения нагрузки. Остается теперь продемонстрировать в прямом эксперименте факт формирования усталостных бороздок именно на нисходящей ветви нагрузки. Это оказалось возможным сделать на основе представления об упругом и пластическом раскрытии берегов усталостной трещины в мезотуннелях в случае регулярного и нерегулярного нагружения соответственно.

Сопоставим эту ситуацию с ситуацией у границы перехода от регулярного к нерегулярному нагружению. Начало нерегулярного нагружения сопровождается формированием первоначально зоны вытягивания (пластическое затупление вершины трещины в мезотуннелях), и только затем имеет место формирование треугольного профиля усталостной бороздки. Пластическое затупление в вершине трещины может быть реализовано до прекращения действия монотонно возрастающей нагрузки цикла. Пластическое затупление снимает (снижает) концентрацию напряжений в вершине трещины (в вершине мезотуннеля). Поэтому завершить течение материала формированием треугольного профиля усталостной бороздки невозможно, пока не прекратится процесс пластического притупления вершины трещины и не будет достигнута (локально) вязкость разрушения материала. Но в этот момент, как это следует из ситуации непосредственно при переходе к статическому проскальзыванию трещины, происходит "срыв" процесса деформации и переход к процессу разрушения с формированием ориентированных ямок. Из этого следует, что, во-первых, треугольный профиль усталостной бороздки формируется на нисходящей ветви нагрузки. Второе, в режиме регулярного нагружения раскрытие вершины трещины происходит квазиупруго, поскольку процесс пластического затупления вершины трещины в виде зоны вытяжки отсутствует.

Разработанный Фурье-фрактографический анализ использовали для сравнительного анализа данных о кинетических закономерностях роста трещины в случае нерегулярного нагружения, чтобы измерения шага усталостных бороздок могли быть выполнены автоматизированно, без влияния субъективного отбора измеряемых величин оператором.

В условиях нерегулярного нагружения, когда в направлении роста трещины меняются внешние условия или величины параметров цикла нагружения, можно переходить от одного механизма разру-

В случае нерегулярного нагружения титанового сплава TI-6A1-4V с перегрузками в агрессивной среде 3,5 %-й р-р NaCl в воде с выдерж-

Рис. 8.4. Схемы режимов одноосного нерегулярного нагружения образцов с различным чередованием уровня напряжения (/), (2) путем изменения минимального и (3), (4) максимального напряжения цикла

Для сталей величина коэффициента у = 130, а для А1-сплавов можно воспользоваться данными работы [33]. В ней эта длина определяется циклической зоной пластической деформации. Экспериментальная проверка модели Матцуока показала, что для ряда материалов и видов нерегулярного нагружения модель дает существенное расхождение расчета с экспериментом [52]. Поэтому были предприняты попытки уточнить эту модель, вводя описание скорости роста трещины после перегрузки с помощью нелинейной связи между Ct и (Да,/ а/>) [54]. При этом величина aD = 2r/,2, а параметром

Раскрытие берегов трещины может быть эффективно реализовано при моделировании роста трещины в случае двухосного нагружения [63]. Однако и эти подходы пока не распространены на случай нерегулярного двухосного многопараметрического нагружения, когда имеет место одновременное изменение нескольких параметров цикла нагружения. Поэтому даже при высокой эффективности моделирования роста трещины по любой из предложенных моделей применительно к случаю одноосного нерегулярного нагружения пластины реальным спектром, отражающим нагруже-ние крыла транспортного самолета, полученный результат не в полной мере соответствует росту трещины в панели крыла самолета. Это связано с тем, что в различных зонах крыла самолета имеет место переменное во времени и по уровню двухосное напряженное состояние по этапам полета (см. 1 главу).

•* Сопротивление малоцикловому деформированию при меняющихся амплитудах напряжений в условиях нерегулярного нагружения

§ 2.6. Сопротивление малоцикловому деформированию при меняющихся амплитудах напряжений в условиях нерегулярного нагружения............... 1^5