ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Напряженное состояние и работоспособность конструкционных материалов из "Прочность трубопроводов в коррозионных средах" На протяжении последних лет влияние напряженного состояния на сопротивление листовых и оболочковых материалов деформированию и разрушению является объектом пристального изучения многих исследователей, что очевидно, связано с возросшими требованиями к обеспечению надежности и долговечности этих материалов в сильно усложнившейся структуре современных конструкций. [c.14] В настоящее время общепризнан тот факт, что прочность многих металлов при вязком разрушении в условиях двухосного напряженного состояния выше прочности при одноосном нагружении, что свидетельствует о большей устойчивости процесса пластической деформации при двухосном растяжении. Однако на практике несущая способность реальных сосудов давления оказывается намного ниже предельно возможной вследствие неизбежных отклонений от идеализированных условий - наличия концентрации напряжений и технологических дефектов, нарушения идеальной формы и геометрических размеров, неоднородности материала, а также повторно-статического характера нагружения. [c.14] Накопленный к настоящему времени обширный аналитический и экспериментальный материал свидетельствует о том, что двухосность напряжений существенно повышает склонность большинства металлов и сплавов к различного рода хрупким разрушениям. Тем не менее, известные на сегодня исследования не дают однозначный ответ на вопрос о влиянии вида напряженного состояния на параметры прочности и трещиностойкости материалов. Результаты экспериментов указывают на наличие влияния двухосности на скорость роста усталостной трещины по сравнению со случаем одноосного напряженного состояния [5, 6], либо на отсутствие такого влияния [7, 8], либо на различное влияние при положительных и отрицательных соотношениях главных напряжений [9, 10]. [c.15] Как свидетельствует проведенный анализ ранее выполненных исследований, позиции разных авторов в отношении вида напряженного состояния на циклическую трещиностойкость материалов настолько полярны, что на основании известных работ не представляется возможным сделать вывод в пользу того или иного воззрения. [c.15] Наиболее вероятными причинами такого разброса мнений являются существенные различия условий проведения испытаний, критериев оценки их результатов, а также различная чувствительность испытанных материалов к влиянию жесткости напряженного состояния. [c.15] Опыт эксплуатации различного рода сварных конструкций свидетельствует о том, что в подавляющем большинстве случаев разрушение инициируется в зоне сварных соединений. Так, по данным работы [12], среди причин возникновения повреждений в сварных сосудах давления 89 % связаны с образованием трещин вблизи сварных швов. [c.19] Учитывая, что материал листовых и оболочковых конструкций в течение срока службы работает в условиях двухосного нагружения, и то, что в самих соединениях этих конструкций возникает преимущественно плоское поле остаточных напряжений, представляется целесообразным рассмотреть некоторые аспекты влияния вида напряженного состояния на работоспособность сварных оболочковых конструкций с учетом конструктивнотехнологических факторов. [c.20] Известно, что объемное поле остаточных напряжений, суммируясь с внешними напряжениями, уменьшает запас пластичности материала и в целом увеличивает вероятность хрупкого разрушения конструкций, при этом, неблагоприятное влияние двухосного напряженного состояния усугубляется в присутствии дополнительно охрупчивающих факторов, таких как пониженные температуры и концентрация напряжений. [c.20] Соотношение между компонентами шарового тензора остаточных напряжений может в существенной степени повлиять на механизм и, соответственно, на сопротивление усталости сварных соединений, изменяя в частности, доли квазистатического и усталостного повреждения. Двухосное поле напряжений, образующееся при сварке круговых швов, зачастую является причиной хрупких разрушений конструкции, особенно при воздействии циклических нагрузок. Экспериментально показано, что началом разрушения кругового шва при циклическом нагружении является место перекрытия шва, где наблюдается наибольшее исчерпание пластических свойств металла. При этом, обычно применяемые для уменьшения остаточных напряжений технологические приемы, в частности, снятие усилений с обеих сторон, оказывается в данном случае малоэффективным. [c.21] Наличие жесткой схемы остаточных сварочных напряжений оказывает существенное влияние на кинетику процесса разрушения. Так, под влиянием осесимметричного поля напряжений формируется разветвленная система усталостных трещин, что обусловливает увеличение области разброса значений скорости роста трещин. При этом, указанные особенности кинетики развития разрушения не выявляются при одноосном нагружении. [c.21] Имеются данные, свидетельствующие о том, что величина относительной деформации к моменту разрушения зависит не только от свойств металла, но и от жесткости схемы напряженного состояния. Причем минимальное значение относительной деформации соответствует объемному напряженному состоянию с равными компонентами. Исследован также вопрос о степени снижения (релаксации) остаточных напряжений в зависимости от соотнршения компонентов напряжения X = а /а . Оказалось, что в более энергоемких, чем сдвиг, схемах, когда X у -1, напряжения будут релаксировать медленнее, а наи.меньшая скорость релаксации будет при X = +1. Кроме того, экспериментальным путем установлено, что в процессе релаксации может меняться соотношение компонентов остаточных напряжений. [c.21] Обобщая известные литературные данные по влиянию вида напряженного состояния на сопротивляемость сварных соединений различного рода разрушениям, можно заключить, что с увеличением жесткости напряженного состояния облегчаются процессы зарождения и развития разрушения в сварных соединениях, при этом наличие концентраторов напряжений, поля остаточных сварочных напряжений, коррозионно-активных сред является дополнительным охрупчивающим фактором, способствующим ускорению процесса разрушения. Установлено, что испытание при двухосном напряженном состоянии способствует лучшей выявляе-мости конструктивно-технологических дефектов сварного соединения, анизотропии свойств материала. [c.23] Вернуться к основной статье