Главная страница Случайная лекция Мы поможем в написании ваших работ! Порталы: БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика Мы поможем в написании ваших работ! |
Конструктивные факторы
Масштабный эффект. Механическую прочность стали и ее работоспособность обычно определяют в лабораторных условиях на образцах малых размеров по сравнению с действительными изделиями. Эти данные используют для оценки пригодности стали и для расчета конструкций. Однако, в действительности существуют расхождения механических свойств конкретных изделий и образца даже при соблюдении подобия геометрических размеров и условий испытания с условиями эксплуатации. Эти явления называют масштабным эффектом или масштабным фактором. Увеличение размеров детали способствует стеснению пластического течения, которое возрастает по мере удаления от ее свободной поверхности. В центральной части крупных изделий может развиваться объемное напряженное состояние, близкое к равномерному трехосному растяжению. Разрушение таких изделий, по крайней мере в центральной части, носит хрупкий характер. Следует также иметь в виду, что появление дефектов в материале подчиняется вероятностным законам, вследствие чего прочность имеет статистическую природу. Чем больше размер образца, тем больше опасность присутствия в нем опасных дефектов, развития ликвации, пористости, различия в размерах зерен, меньшей степени проработки структуры при ковке, прокате или термической обработке. Так, например, из-за слабой прокаливаемости в больших сечениях критическая температура хрупкости может повышаться на 20 °С и более. Все это увеличивает склонность к хрупким разрушениям. Типичная кривая зависимости коэффициента интенсивности напряжений от размеров образцов представлена на рис. 13.11. Видно, что для геометрически подобных образцов с увеличением размеров происходит ассимптотический переход от больших значений Kc к меньшим. С увеличением толщины образца температурная зависимость Kc смещается в область более высоких температур. Кроме того, с увеличением размера детали d происходит уменьшение доли поверхностной энергии в общем балансе энергий, так как накапливаемая упругая энергия растет пропорционально d 3, а поверхностная энергия — d 2. Поэтому масштабный фактор проявляется не только в ужесточении напряженного состояния и воздействии на структуру, но и в увеличении способности системы к накоплению избыточной энергии упругой деформации. Рис. 13.11. Зависимость вязкости разрушения Концентраторы напряжения. Влияние конструктивных концентраторов напряжений (надрезы, выточки, переходы, шейки и т. д.) оказывают существенное влияние на прочность, характер разрушения и надежность изделий. Анализ причин хрупких разрушений показывает, что трещины обычно начинаются от надрезов, являющихся концентраторами напряжений. Надрезом является любое нарушение непрерывности металла. К надрезам относятся дефекты сварных соединений (пористость, непровар, пустоты по сечению шва), поверхностные царапины, неметаллические включения, газовые раковины. В месте надреза пластическая деформация стеснена, что приводит к увеличению сопротивления пластической деформации, т. е. к росту σт. Чем острее и глубже надрез, тем больше стеснена пластическая деформация, тем выше σт. Под влиянием надрезов металл разрушается хрупко при более высокой температуре (табл. 13.3). Чувствительность к концентрации напряжений является важной характеристикой надежности материала, по которой более прочный металл чаще уступает менее прочному. Таблица 13.3 Влияние остроты надреза на температуру
Чем острее надрез, тем выше концентрация напряжений, тем больше опасность хрупкого разрушения. Известен случай разрушения сферического резервуара диаметром 11,735 м с толщиной стенок 15,8 мм, служившего для хранения сжатого водорода. Авария произошла при температуре минус 18 °С. Трещины шли по сварным швам. Возле места приварки лаза к сфере наблюдался ряд небольших трещин, возникших в процессе изготовления, которые и послужили, по мнению автора, очагами разрушения. В связи с этим автор указывал, что опасность разрушения при низких температурах особенно сильно возрастает при одновременном сочетании концентрации напряжений, пороков сварки или дефектов материала и больших остаточных напряжений. При хрупких разрушениях очаги трещин обычно возникают в местах концентрации напряжений. Особенно опасно действие конструктивных концентраторов напряжений в сочетании с местными напряжениями, вызванными сосредоточенным приложением нагрузки или остаточными напряжениями. Совместное действие остаточных напряжений и концентраторов привело к аварии грузового судна CIM, которое строилось в Стурджоне (США): разрушился стыковой шов обшивки, разрушение распространилось в обоих направлениях на длину около 3 м. Начальной точкой разрушения было пересечение шва обшивки со стыковым швом в настиле двойного дна, сваренного несколько раньше. В результате несоблюдения последовательности сварочных операций возникли объемные остаточные напряжения, которые и обусловили переход соединения в хрупкое состояние. Резкое снижение температуры с 2 до –18 °С привело к аварии (сварка –– 1 января, авария –– 4 января).
Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 162; Нарушение авторских прав Мы поможем в написании ваших работ! |