Предельное состояние элементов с трещинами

Соотношения (3.20) и (3.26) Ирвина являются основными в линейной механике разрушения и с их помощью проводится как расчет предельного состояния элемента конструкции с трещиной, так и оценка механических свойств материала, описывающих его способность тормозить рост трещины. [c.188]

ГЛАВА 3 ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ С ТРЕЩИНАМИ ЗЛ Критерии разрушения тел с трещинами [c.157]

Методами механики разрушения установлены закономерности распределения упруго-пластических напряжений и деформаций в конструктивных элементах с технологическими дефектами, в том числе с угловыми переходами с нулевым и ненулевым радиусом сопряжения в вершине, а также их несущей способности и долговечности. Предложен метод расчета предельных состояний сварных сосудов с поверхностными дефектами. Произведена количественная оценка параметров диаграмм длительной статической и циклической трещиностойкости материала в условиях ВПМ. Объяснен механизм образования на диаграммах длительной статической трещиностойкости участков независимости скорости роста трещин от коэффициента интенсивности напряжений (плато). Теоретически и натурными испытаниями обоснованы методы обеспечения работоспособности сварных соединений со смещением кромок, основанные на регулировании свойств, размеров и формы зон с различным физико-механическим состоянием. Сформулированы закономерности накопления повреждений в материале в процессе гидравлических испытаний оборудования с целью выявления и устранения дефектов. [c.6]

Базируясь иа подходах механики разрушения оценки предельного состояния и несущей способности конструктивных элементов нефтепроводов с короткими кольцевыми и продольными трещинами, позволяющие устанавливать параметры критических дефектов при испытаниях. [c.820]

Несущие элементы ХП и МТ работают при статических, циклических, длительных и динамических нагрузках — механических, тепловых, вибрационных и аэрогидродинамических. Эти воздействия определяются выбором принципа функционирования и динамических реакций, характеризуются весьма широким спектром основных параметров максимальных и амплитудных значений, частот, скоростей нагружения, числа циклов. Эти параметры, в свою очередь, определяют предельные состояния — по образованию пластических деформаций, по разрушению, по кинетике возникновения и развития трещин. Ниже рассматриваются базовые уравнения состояния критерии прочности и ресурса методы экспериментального стендового и натурного определения динамических воздействий и реакций несущих элементов оценка работоспособности по критериям исходной прочности и ресурса методы расчетов и экспериментов для продления ресурса функционирующих ХП и МТ. [c.107]

Реакцией несущих элементов конструкций и деталей машин на суммарные статические и динамические нагрузки, воздействие физических полей (линейных и нелинейных) и коррозионных сред является возникновение не только полей напряжений и деформаций, но и полей повреждений. В зонах концентрации напряжений местные напряжения и деформации имеют повышенные значения, а сами процессы повреждения материала протекают более интенсивно, приводя к возникновению разрушения. В зависимости от условий нагружения и среды реализуются различные механизмы накопления статических и динамических повреждений и разрушения. Среди этих механизмов наиболее опасными являются те, которые приводят к катастрофическому (лавинообразному) разрушению, например, в условиях коррозионного растрескивания, динамического и длительного статического нагружения, контактного взаимодействия, неустойчивого распространения трещины при статическом кратковременном нагружении. Выявление и анализ физических особенностей механизмов появления и накопления повреждений в материале играют весьма важную роль в изучении механики разрушения и катастроф при формировании физических критериев достижения предельного состояния. [c.121]

Наряду с непрерывной тенденцией в высокорисковых сложных технических системах к понижению запасов прочности и повышению эксплуатационной нагруженности (см. гл. 1-4), с обеспечением сопротивления элементов конструкций упругим деформациям в штатных ситуациях важное значение приобретают анализ и обоснование сопротивления неупругим (упругопластическим и реологическим) деформациям в аварийных ситуациях. Допустимость возможности возникновения неупругих деформаций в конструкциях и необходимость их надлежащего учета в расчетах прочности, ресурса и безопасности вытекают из требований минимальной массы конструкций и оптимальных технологических возможностей при изготовлении крупногабаритных несущих элементов. Так как при эксплуатации высокорисковых конструкций обычно имеет место циклическое нестационарное тепловое и механическое нагружение, то для наиболее нагруженных зон этих конструкций становятся характерными процессы накопления повреждений в условиях циклических упругопластических деформаций. При таких условиях деформирования образование предельных состояний по возникновению трещин или окончательному разрушению оказывается возможным при числах циклов нагружения, измеряемых десятками, сотнями и тысячами. В этом случае расчет накопления повреждений и несущей способности конструкций основывается на деформационных критериях сопротивления однократному и малоцикловому разрушению. [c.149]

Изложенные выше методы определения прочности и ресурса несущих деталей машин и элементов конструкций по деформационным критериям циклического разрушения применялись в наиболее ответственных случаях на стадии образования трещин. При этом в расчетах используют условные упругие напряжения ст, равные произведению значения деформации на модуль упругости при соответствующей температуре эксплуатации. Применение деформационных критериев разрушения для определения прочности и остаточного ресурса на стадии развития трещин остается пока весьма ограниченным и требует дальнейших разработок в области оценки кинетики напряженно-деформированных и предельных состояний в нелинейной постановке. [c.181]

П. 1.4. Предельное состояние конструктивных элементов с острыми угловыми переходами можно определять по характеристикам трещиностойкости материала. Для этого необходимо рассчитать глубину эквивалентной (острому У-образному концентратору) трещины модели с краевой трещиной (рис. П. 1.4) по формуле [c.246]

При наличии дефектов и повреждений, превышающих требования НТД, и изменении свойств металла, выходящих за пределы ТУ, проводят оценку фактической нагруженности объекта и уточненные расчеты прочности элементов конструкции согласно [30, 31, 35, 36, 45, 49, 88, 97, 99, 100, 101, 110, 129, 130] с учетом имеющихся дефектов и повреждений, изменений свойств металла и режимов нагружения. При этом уточняют механизмы повреждений и ПТС, устанавливают определяющие ПТС и критерии предельного состояния. Основные ПТС дефекты в сварных соединениях несплошности в основном металле оборудования коррозионные повреждения трещины в основном металле и сварных соединениях толщина стенки оборудования и его элементов твердость эрозионный и кавитационный износы водородное и коррозионное растрескивания деформация оборудования или его элементов. Дополнительными ПТС являются механические характеристики металла оборудования и его элементов химический состав характеристики макро- и микроструктуры коэффициенты запаса прочности. [c.223]

Предельным состоянием сосуда (аппарата), подвергающегося при эксплуатации коррозионно-эрозионному разрушению, является уменьшение толщины его стенок до предельной (расчетной) величины, ниже которой не обеспечивается необходимый запас его несущей способности. Следует иметь в виду, что глубина отдельных локальных повреждений (исключая трещины) может значительно превышать среднюю глубину повреждений и не нарушать несущей способности аппарата. Допустимое количество (доля) повреждений на поверхности аппаратов и их размеры должны регламентироваться в зависимости от характера нафузки на элементы оборудования и свойств применяемых материалов. [c.19]

Под воздействием набегающей струи в хрупком теле образуются локальные напряженные области с неоднородными полями напряжений. Напряженное состояние приводит к увеличению начальных трещин и появлению новых. Проникание воды под напором в трещины ослабляет материал и ускоряет разрушение. Под действием импульсного давления в начальной стадии происходит деформация материала, растекание струи в образованной воронке создает движение элементов среды к свободной поверхности. Силовые поля, взаимодействуя с нагруженными зонами, вызывают рост напряжений Б отдельных участках массива и постепенное ослабление структурных связей между частицами хрупкого тела. Уменьшение сил сцепления непосредственно в нагруженной области приводит к дальнейшему росту нормальных и касательных напряжений, и при достижении предельного напряженного состояния происходит нарушение первоначальной структуры - разрушение пре- [c.171]

Как было показано в 7.5 (см. рис.7.5.10), моделирование НДС металла в зоне вершины острого концентратора или трещины позволяет адекватно отразить гфоцесс деформирования реального конструктивного элемента из однородного металла. Там же показано, что критерием образования макротрещины может служить достижение предельного уровня пластической деформации е, , зависящего от жесткости напряженного состояния] (см. рис.7.5.15). Анализ дальнейшего изменения НДС после образования макротрещины дает возможность суди гь о направлении и темпе роста развивающейся трещины по мере возрастания нагрузки, то есть о характере разрушения. [c.533]

Если Ail превышает заданную допустимую, т.е. Afj > [AiJ,to при эксплуатации элемент конструкции находится в вязком состоянии. В этом слз ае (при отсутствии макродефектов типа трещин) предельные нагрузки превышают расчетные, определяемые по пределам текучести и прочности, и сопротивление разрушению оценивают по предельным нагрузкам и деформациям в соответствии с уравнениями (5.15) и (5.16). Вязкие разрушения при низких уровнях номиналь- [c.177]

Академик П. А. Ребиндер [Л. 72] считает, что причиной образования трещины, т. е. нарушения прочности — разрыва, всегда являются напряжения сдвига и условие разрушения сводится к тому, что интенсивность касательных напряжений в данном месте образца достигает критического (предельного) значения. Растягивающие же напряжения как таковые не могут быть причиной местного разрыва, т. е. образования трещины. Действительно, при всестороннем растяжении изотропного тела, когда касательные напряжения равны всюду нулю, местный разрыв становится невозможным, прочность тела является наибольшей и разрушение под влиянием такого напряженного состояния соответствует разделению тела на отдельные структурные элементы (молекулы, атомы), т. е. испарению его как целого под влиянием запасенной в нем упругой энергии. В реальных телах при значительно меньших напряжениях всегда возникает местный разрыв вследствие наличия дефектов, слабых мест и трещин, развивающихся в напряженном состоянии (необходимо иметь в виду, что предельные напряжения для деформации растяжения в несколько раз больше, чем для деформации сдвига). Именно эти слабые места — зародыши будущих трещин разрыва и являются причиной возникновения опасных касательных напряжений, которые, таким образом, и надо рассматривать как единственную причину разрыва. Так как предельные напряжения сдвига небольшие, то напряжение прямо пропорционально деформации вплоть до предельного значения для большинства коллоидных капиллярнопористых тел, в том числе и для упругопластических материалов. [c.196]

Уравнения типа (61—66) были получены также для квазихруп-ких и вязких состояний материала конструкции. При этом в качестве основы для описания предельных состояний элементов конструкции с трещиной использовали выражения разд. 1.4. [c.73]

Прослеживая историю развития науки о прочности материалов и элементов конструкций можно обратить внимание на некоторое соответствие между этапами аналитическо-расчетного познания яв.пения деформирования твердых тел и этапами деформирования гладкого образца при его растяжении. В самом деле, начала учения о прочности связаны с исследованиями упругих воздействий, сопротивление которым определялось экспериментально и при этом полагалось, что этим сопротивлением и заканчивается упругое взаимодействие одного из контактирующих тел с ограничением соответствующих нагрузок [2]. Процесс разрушения не выявлялся вместо него фиксировалась точка завершения стадии упругого деформирования. Нечто аналогичное мы наблюдаем и в линейной механике разрушения, в которой критериальная основа (в энергетической гюстановке Гриффитса или в силовой Ирвина) исходит не из процесса, а из состояния, предельного состояния равновесия, которое и ограничивает действующие на тело с трещиной нагрузки,, оставляя само тело упругим вплоть до этого состояния. [c.160]

Состояния конструкций или деталей, когда их эксплуатация считается невозможной, опасной или нежелательной, носят названия предельньЕХ состояний. Наступление текучести, потеря устойчивости, появление течи, образование трещины в детали — все это примеры предельных состояний. Чаще всего наступление предельного состояния связывают с появлением в металле, детали или элементе конструкции какого-то явления или процесса. Но в некоторых случаях в качестве предельных состояний принимают момент, когда достигается определенный количественный уровень того или иного параметра, например прогиб балки заданной величины, определенное удлинение металла при ползучести и т.д. [c.24]

Целью настоящей главы является изложение экспериментально-расчетньгх подходов к оценке работоспособного конструкционного элемента из условия недопущения наступления предельного состояния разрушения при монотонном нагружении. Постановка измерений и обработка результатов эксперимента позволяет непосредственно определять те критические значения параметров, которые соответствуют наступлению страгивания трещины и характеризуют ее развитие от исходного концентратора или дефекта применительно к конкретным условиям постановки эксперимента. Процесс страгивания и роста трещины при монотонном нагружении поддается описанию с помощью математического моделирования на основе численного метода конечных элементов (МКЭ) с использованием аппарата теории упругопласти-ческого течения для материала с упрочнением. Сопоставление резуль- [c.198]

Наиболее универсальный метод расчета сварных соединений с угловыми швами также построен на базе МКЭ, но предусматривает расчет концетрации напряжений и деформаций у предельно острых концентраторов. Расчет выполняется в два этапа. Сначала рассчитьшают напряженно-деформированное состояние при эксплуатационных нафузках по предьщущему методу и определяют распределение сил и перемещений, используя начальные участки диафамм деформирования швов. Затем из соединения вьаделяют один или несколько фрагментов, которые могут оказаться наиболее близко к предельному состоянию разрушения. Фрагмент разбивается на конечные элементы, в том числе и такие, которые у вершины предельно острых концентраторов способны отразить особенности, свойственные трещинам в механике разрушения. На втором этапе решения в качестве фаничных условий используются перемещения по контуру фрагмента, которые были определены на первом этапе решения. Вычисляются локальные перемещения у предельно острых концентраторов и они сравниваются с допускаемыми [/)]. Допускаемые значения [/)] должны назначаться в зависимости от коэффициентов запаса и предельных разрушающих значений В для опасных мест для корней швов и для зон перехода от наплавленного металла к основному. [c.263]

Обычно кривые усталости строят по результатам, полученным при окончательном разрушении образца. Однако в процессе эксплуатации конструкций возможно наступление характерного для них предельного состояния еще до полного разрушения. Так, с целью исключения возможности хрупкого разрушения элементов мостов, кранов, подкрановых балок, экскаваторов, подвижного состава, дорожных машин и т.п. В.И.Труфяков [321] рекомендует за критерий завершения испьгганий принимать появление усталостной трещины глубиной 2-3 мм. [c.306]

Выполнено исследование и обоснование выбора, достоверности методов контроля и качества программ обследования оборудования ГХК. По результатам анализа выборки данных о повреждениях и дефектах оборудования ГХК и трудов известных ученых определены ведущие механизмы повреждения элементов оборудования -коррозионное (эрозионное) изнашивание, СКРН и ВИР предельные состояния, реализуемые либо потерей герметичности за счет износа толщины стенки, либо хрупким разрушением за счет зарождения и развития трещин параметры состояния и их количественные и качественные критерии, определяющие возможность реализации предельного состояния оборудования. По результатам исследований выявляемости методами НК типичных дефектов металла и металлических изделий обоснован выбор и классификация методов контроля и оценки состояния элементов оборудования ГХК. К основным методам отнесены визуальный и измерительный акустические - ультразвуковая (УЗ) дефектоскопия и толщинометрия капиллярный, магнитный или токовихревой измерение твердости металлография расчетные. Основные методы позволяют обеспечить выявляемость заданных значений ПТС не ниже 70 % и/или их идентификацию (тип, размеры, форма и др.) с погрешностью не выше 10 %. Другие методы применяются в качестве дополнительных в зависимости от наличия данных о материальном исполнении, особенностях конструкции элементов и доступа к зонам контроля. [c.237]

Тело с трещиной находится в состоянии механического равновесия, когда в любом элементе объема тела (как и для всего тела в целом) соблюдаются условия равновесия. Это означает, что нагрузка постоянна, нет движения элементов объема, следовательно, нет распространения трещины (трещина неподвижна). Чтобы трещина начала распространяться, необходимо увеличить внешнюю нагрузку или (при постоянной нагрузке) уменьшить энергию разрушения. С медленным ростом нагрузки трещина медленно растет. Малому приращению нагрузки соответствует малое приращение длины трещины. Такое состояние тела с трещиной называют устойчивым (иногда квазистатиче-ским или докритическим) ростом трещины (или просто трещину называют устойчивой). Для устойчивой трещины соблюдается условие — >0, т.е. в предельном состоя- [c.189]

Запасы прочности призваны дать количественную меру безопасности конструкции. Коэффициенты запасов прочности (или долговечности) представляют собой числа, которые показывают, во сколько раз следует увеличить нагрузку (длину трещины, число циклов), чтобы наступило предельное (недопустимое состояние). При этом все прочие параметры задачи сохраняются неизменными. Обычно коэффициенты запаса назначают согласно накопленному опыту в дан1юй области техники. Поскольку методы расчета элементов конструкций на трещиностойкость сформировались сравнительно недавно, то накопленного опыта по численным значениям коэффициентов запаса недостаточно [23]. В связи с этим здесь более подробно рассмотрен метод установления коэффициентов запаса на трещиностойкость. [c.192]

Предельное напряженное состояние, вызывающее возникновение и начало докритического роста трещины. Это напряженное состояние характеризуется значением пороговых напряжений Оцор, ниже которых в элементах конструкции, не имеющих начальных дефектов типа трещин коррозионного растрескивания не наступает, и предельным напряжением а р, соответствующим предельному коэффициенту интенсивности напряжений Kis материале, имеющем начальные дефекты. [c.530]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология