Разрушения достаточно

Коэффициент работоспособности. Подшипники качения выбирают по расчетной долговечности с учетом усталостного характера разрушений. Под долговечностью понимается время в часах Л, в те чение которого 90% подшипников из партии должны проработать без появления признаков усталостного разрушения.

Нагружсние образцов следует проводить плавно после достижения заданной частоты, по возможности без перерывов проводить испытания. Перерывы при испытании приводят к увеличению числа циклов до разрушения (долговечность), особенно пластичных материалов (малоуглеродистая сталь и др.), практически не влияя на величину их предела выносливости.

Долговечность полимерных материалов, зависящая от их природы и физико-химических свойств среды, определяется сорбцией и диффузией среды, тепловыми флуктуациями и гетерогенными химическими реакциями. Наложение термофлуктуациониых, адсорбционных и химических процессов и разница в скоростях их протекания приводят к экспериментально наблюдаемому перегибу линий долговечности в агрессивных средах по сравнению с испытаниями на воздухе. Это обстоятельство требует осторожного отношения к применению различных экспресс-методов и экстраполяции результатов, полученных при таких форсированных испытаниях, особенно при высоких значениях напряжений, для прогнозирования длительной работоспособности материала, т. е. при небольших значениях механических напряжений. Как показывает анализ многочисленных экспериментальных исследований, полная и достоверная оценка практической пригодности и работоспособности напряженных конструкционных пластмасс в агрессивных средах может быть произведена при уровнях механических напряжений в диапазоне 20—• 60 % от разрушающих. В этом диапазоне разрушение происходит за время, в течение которого наблюдают практическое насыщение материала жидкой средой и совместный эффект воздействия механического и химического факторов на кинетику разрушения. Экстраполяция этого участка общей кривой долговечности в область низких напряжений для прогнозирования длительного срока эксплуатации материала может привести к занижению времени и, следовательно, к повышению ресурса эксплуатации и надежности конструкции. Совместное решение двух экспоненциальных уравнений, описывающих долговечность в агрессивной среде и на воздухе, дает возможность определить напряжение, выше которого агрессивная среда не оказывает влияния на характер разрушения материала.

где т — время до разрушения (долговечность); а и Ъ — параметры прямой, построенной по экспериментальным данным в координатах 0—lg т!

При динамич. испытаниях пластмасс на их прочность существенно влияет разогрев материала за счет гистерезисных потерь; температура всего образца повышается незначительно, однако в местах перенапряжений тепловые эффекты могут быть значительными. В результате скорость роста микротрещин заметно возрастает и долговечность будет соответствовать долговечности материала при повышенной темп-ре. Поэтому с увеличением частоты испытания гистерезисные потери за единицу времени и усталость пластмасс возрастают. При небольшом числе циклов до разрушения (больших напряжениях) эти тепловые эффекты менее существенны и динамич. долговечность больше статич.долговечности при постоянном напряжении, равном напряжению (максимальному за цикл) при циклич. нагружениях. При большом числе циклов до разрушения долговечность при динамич. испытаниях по указанной выше причине меньше долговечности при статических.

Для указанных условий деформирования и разрушения долговечность определяют на основании деформационно-кинетических критериев прочности. При расчете учитывают кинетику циклических и односторонне накопленных деформаций в различных зонах конструктивных элементов, а также изменение механических свойств материала при высокотемпературном малоцикловом нагружении. Определим долговечность элементов конструкций с зонами концентрации напряжений и мембранными зонами при различных режимах длительного малоциклового нагружения, приводящих к усталостным и квазистатическим повреждениям. В качестве модельного элемента выберем оболочечную конструкцию с фланцами, работающую при повторном нагружении внутренним давлением при высоких температурах. Предположим, что конструктивный элемент изготовлен из аустенитной стали; ее характеристики при статическом и длительном нагружении

В теории дислокации рассматривается несколько механизмов образования и роста трещин путем торможения и скопления дислокаций на препятствиях (например, у границ зерен), объединения вакансий, образованных ступеньками на движущихся дислокациях, и др. По данным С. Н. Жуковского и Э. Е. Тома-шевского, время до разрушения, долговечность под нагрузкой, определяется скоростью роста трещин на ускоренной стадии ve:

частности, при исследовании усталостных свойств материала с помощью регрессионного анализа устанавливают связь между нормально распределенной случайной величиной х = Ig /V и неслучайной у = ± а. , значения которой варьируются при проведении эксперимента. Эту связь записывают в виде линейного уравнения Y = = а + Ь (х — х) и называют уравнением эмпирической линии регрессии. При большом объеме испытаний на основании регрессионного анализа можно построить семейство кривых усталости для определенных фиксированных уровней вероятностей разрушения. Иногда при построении кривых усталости, соответствующих малым вероятностям разрушения, для одной и той же вероятности разрушения долговечность при более высоких напряжениях оказывается выше, чем при более низких: Это связано с тем, что в основу регрессивного метода положен нормальный закон распределения числа циклов до разрушения (Ig /V), тогда как лучшее распределение по этому закону имеет величина Ig (Л/ -> Л/„), где Л/„ — порог чувствительности по циклам.

вероятностей разрушения. Долговечность при амплитуде 0"с. для заданной вероятности раз-

В некоторых случаях, с целью снятия остаточных напряжений, целесообразно предварительное нагружение конструкции, которое совмещается с предпусковыми испытаниями, например, гидравлическими испытаниями трубопроводов и сосудов давления. При создании в швах напряжений, соответствующих пределу текучести, происходит практически полное снятие сварочных напряжений [12]. Кроме того, при гидравлических испытаниях выявляются различные дефекты. При этом, чем выше уровень испытательных напряжений, тем меньше размеры не выявленных дефектов, а, следовательно, должна быть выше прочность и долговечность конструкции. Однако, следует иметь в виду, что в процессе перегрузки конструкции в областях концентраторов напряжений возможно исчерпание запаса пластичности металла, что создает условия для реализации хрупкого разрушения.

Для указанных условий деформирования и разрушения долговечность определяют на основании деформационно-кинетических критериев прочности. При расчете учитывают кинетику циклических и односторонне накопленных деформаций в различных зонах конструктивных элементов, а также изменение механических свойств материала при высокотемпературном малоцикловом нагружении. Определим долговечность элементов конструкций с зонами концентрации напряжений и мембранными зонами при различных режимах длительного малоциклового нагружения, приводящих к усталостным и квазистатическим повреждениям. В качестве модельного элемента выберем оболочечную конструкцию с фланцами, работающую при повторном нагружении внутренним давлением при высоких температурах. Предположим, что конструктивный элемент изготовлен из аустенитной стали; ее характеристики при статическом и длительном нагружении

Существующие нормы и методы расчета на прочность [1-3] не учитывают наличия трещиноподобных образований в основном металле и в сварных соединениях, несмотря на то, что дефекты типа микроскопических трещин, способных в определенных условиях к росту, являются обязательным показателем современных конструкционных материалов. Поэтому в практике эксплуатации сварных конструкций нередко встречаются случаи их разрушения. Достаточно упомянуть такие случаи в Урта-Булаке (разрушение пылеуловителей из стали 10Г2ФР, на Оренбургском и Астраханском газоперерабатывающих заводах, разрушение продуктопровода ШФЛУ в Башкирии (август 1989 г.), газопровода в Норильске (ноябрь 1989 г.).

В многочисленных опытах было замечено, что число циклов до момента разрушения зависит от величины возникающих максимальных напряжений. При больших напряжениях" для разрушения достаточно небольшого количества циклов нагружения и, наоборот, при малых напряжениях деталь может проработать практически бесконечно долгое время, поэтому в этом случае число циклов, до которого должно проводиться испытание, предварительно оговаривается.

Зависимость между переменным напряжением а и числом циклов до разрушения достаточно точно описывается уравнением

Сопоставляя полученное уравнение с выражением (6) для энергоемкости металла при плавлении Qnll , можно заключить, что величина QJJP^ будет всегда меньше Q™ , поскольку Ур < V. Отсюда можно сделать вывод, что при механическом нагружении деформи, руемый объем металла в принципе не может поглотить энергию равную его энергоемкости при плавлении. Это обстоятельство совершенно закономерно, поскольку величина Qnil соответствует состоянию металла, у которого нарушены все межатомные связи, тогда как при механическом нагружении для разрушения достаточно нарушить незначительную их часть.

Богатый экспериментальный материал, стремление к познанию скрытых механизмов разрушения, достаточно' высокий теоретический уровень — все это делает книгу ценным пособием для инженеров, конструкторов и исследователей, связанных с разработкой и применением композиционных материалов, а также с расчетом на прочность созданных из них конструкций.

приложенного напряжения а к напряжению упругого разрушения — среднему значению прочности, полученному из стандартных кратковременных испытаний на растяжение. Не удивительно, что экспериментальные результаты показывают более высокие значения падения прочности, чем предсказанные теоретически. Одна из причин состоит в том, что падение прочности самого волокна не было включено в анализ. Это можно исправить путем подстановки в правую часть уравнения (17) убывающей функции прочности волокна, например такой, как на рис. 1. Такая процедура привела бы к уменьшению теоретически предсказанного значения и более близкому его соответствию с экспериментальными результатами. Другие упрощения анализа, например предположение о единственной форме разрушения и пренебрежение концентрацией напряжения, также приводят к переоценке прочности композита. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов рис. 20 в свете выше приведенных замечаний указывает на то, что настоящая модель разрушения достаточно хорошая и может быть использована как способ оценки долговечности волокнистых композитов, а также для выбора соответствующих материалов матрицы.

Влияние увеличения твердости в вязкой области разрушения 'достаточно определенно и положительно (рис. 53). На границе хрупко-вязкого перехода износостойкость, уменьшается с повышением твердости. Образ-

Макроскопическая неоднородность выражается в наличии на поверхности разрушения достаточно крупных зон, различаю-

Макрокартина коррозионно-усталостного излома помимо большого количества очагов в большинстве случаев характерна тем, что поверхность разрушения повреждена коррозией и испещрена сеткой мелких и крупных трещин; наблюдаются продукты коррозии, окисление. Макроскопические усталостные признаки — усталостные кольцевые линии при внутризеренном прохождении разрушения — достаточно отчетливо выражены, при межзерен-ном разрушении они выражены менее четко.

Теория трещинообразования и дислокационная теория разрушения достаточно сложны для решения практических задач ОМД; различные методы статистической теории прочности трудоемки и ограничены областью использования. Поэтому в теории и практике ОМД используется феноменологический подход, основанный на методах механики сплошной среды с идеализированной моделью металлов.

Оценка материалов и сварных соединений по стандартам [58, 59] вызывает затруднения. Испытания на удар при температурах <76 К не удовлетворительны вследствие сложности методики и адиабатного нагрева образца. Альтернативный метод — растяжение образца с надрезом — не стандартизирован. Испытания вязкости разрушения достаточно трудоемки, чтобы их использовать для оценки качества продукции. Однако большое значение имеет сопоставление полученных данных с результатами других испытаний. Хорошим примером служит корреляция удельной энергии распространения трещины при испытании на вне-центренное растяжение алюминиевых сплавов [61], а