ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчеты прочности и повреждений на стадии развития треМЕТОДЫ КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА ПРОЧНОСТИ, РЕСУРСА И РИСКОВ из "Ресурс безопасной эксплуатации сосудов и трубопроводов" Закономерности деформирования и разрушения при статическом и циклическом нагружении в зонах и вне зон концентрации напряжений можно использовать для расчетов исходной и остаточной прочности и долговечности несущих элементов высокорисковых конструкций с учетом накопления повреждений. [c.168] Этот подход можно сохранить при оценках остаточной прочности. Однако характеристики ав,. и у должны быть изменены с учетом времени эксплуатации т на предшествующей стадии. [c.169] Предельные нагрузки вне зон концентрации напряжений устанавливают расчетом в предположении упругого или упругопластического реформирования с использованием соответствующих интегральных уравнений равновесия и уравнений кривых деформирования. При этом характеристики упрочнения материалов определяют экспериментально или расчетом. Указанные условия позволяют получить зависимость между максималь ой деформацией в наиболее нагруженной зоне и нагрузкой Р (кривая 1 на рис. 5.6), которая зависит от схемы нагружения (растяжение, изгиб, кручение, внецентренное растяжение, изгиб с кручением и т.д.), формы и размеров сечения рассчитываемого элемента. [c.169] ДЛЯ малопластичных материалов (рис. 5.6, а) при наличии концентрации напряжений предельные нагрузки получаются меньше, чем при отсутствии концентрации (Р Ро)- Возникновение объемного напряженного состояния в зонах концентрации напряжений вызывает дополнительное уменьшение предельной деформации и связанное с этим понижение предельной нагрузки Р . Для элементов конструкций из пластичных металлов (рис. 5.6, б), несмотря на некоторое повышение предельных деформаций на стадии потери устойчивости (ёвок бсо) предельные нагрузки Р ,,, при наличии концентрации напряжений обычно не превышают нагрузки Р при отсутствии концентрации. Более высокая несуш ая способность элементов конструкций с концентрацией напряжений, оцениваемая по номинальным напряжениям в минимальном сечении (нетто-сече-ние), может быть получена в тех случаях, когда в нетто-сечении возникают вторые и третьи компоненты главных растягиваюгцих напряжений, повышающих сопротивление пластическим деформациям. Увеличение предельных номинальных напряжений при наличии концентрации напряжений в элементах конструкций повышенных толщин оценивают по корреляционным уравнениям [117]. [c.171] С учетом характера кривых на рис. 5.6 запасы Ир по предельным нагрузкам, определяемые из.уравнения (5.15), меньше запасов по предельным деформациям, устанавливаемым из уравнения (5.16). Значения запасов Пр , как правило, назначают в пределах между значениями запасов щ м а берут не ниже Иц. [c.171] СОСТОЯНИЙ, так и на стадии определения долговечности. Схема такого расчета показана на рис. 5.7 [117]. [c.172] Величина повреждений при статическом и циклическом эксплуатационном нагружении в соответствии с п. 5.5 определяется запасами прочности т (d 1 / и) и накопленными циклами за предшествующую историю нагружения по уравнению (5.5). [c.174] Исследования, выполненные на различных элементах конструкций при циклическом нагружении, показали, что долговечность на стадии распространения трещин может составлять от 20 до 80-90 % общей долговечности (до окончательного разрущения) [117, 153, 154, 155]. В связи с этим оценка прочности и долговечности на стадии частичного разрушения приобретает существенное значение, позволяя значительно повысить ресурс безопасной эксплуатации. [c.174] Схема определения прочности и долговечности элементов конструкций показана на рис. 5.8. Для расчета исходными являются характеристики условий эксплуатации (Р — нагрузки, N — числа циклов нагружения), исходные размеры дефектов 1 , или размеры дефектов на стадии образования трещин. По нагрузкам Р определяют номинальные напряжения ст = ajj. На основании данных экспериментов задаются параметры уравнений для определения скорости распространения трещин dl / dN. [c.175] По кривым J и 2 (рис. 5.8, в) при известном эксплуатационном числе циклов N = с использованием уравнений (5.17), (5.21) и (5.23) можно установить запасы по предельным нагрузкам Пр , Прр и Пр,. [c.177] При использовании в конструкциях высокопрочных, но мало-пластичных сталей, интенсивном накоплении повреждений от предварительного циклического нагружения, старения и радиации, при динамических нагрузках, при весьма больших толщинах стенок и т.д. возможно возникновение в конструкции хрупких состояний, когда отсутствует запас по вторым критическим температурам хрупкости (А 2 0). в таких случаях необходимо запасы Пр2, п 2 определять по формулам типа (5.27) (5.29), (5.31) и (5.32) с введением в их числители критических нагрузок, напряжений и деформаций в хрупком состоянии. Так как в хрупких состояниях номинальные разрушающие напряжения 2 не превышают предела текучести, то запасы по номинальным напряжениям и деформациям совпадают (п 2 = = Р2)- Запасы по местным напряжениям и п 2 деформациям и 2 определенные в этом случае по формулам, аналогичным (5.31) и (5.32), оказываются меньше, чем в квазихрупких состояниях. Разрушающие нагрузки и напряжения (или деформации) устанавливают с использованием рассмотренных выше критериев и закономерностей линейной механики разрушения. [c.180] В соответствии с изложенным запасы по критическим температурам хрупкости, разрушающим нагрузкам, напряжениям и деформациям определяют на основе уравнений (5.25)-(5.32) с использованием следующих характеристик разрушения в хрупких состояниях критическим значениям коэффициентов интенсивности напряжений К] (линейная механика разрушения), в квазихрупких (t .2 I и вязких (I ) состояниях — по критическим значениям коэффициентов интенсивности деформаций (нелинейная механика разрушения). Разрушающие нагрузки, номи-нальнью и местные напряжения и деформации определяют по величинам К 1с я на основе уравнений линейной и нелинейной механики разрушения. [c.180] Запасы по критическим температурам хрупкости должны быть не менее 20-40°. Большие из указанных запасов относятся к сварным элементам конструкций сложных геометрических форм, которые при эксплуатации воспринимают статические, циклические и динамические нагрузки. Повышенные запасы по критическим температурам выбираются также тогда, когда минимальные температуры стенок элементов конструкций в процессе эксплуатации могут оказаться ниже расчетных. Это относится, например, к температурам стенок, зависяш им от температур окружающей среды. [c.181] Снижение запасов по критическим температурам хрупкости и разрушающим нагрузкам возможно на основе проведенных натурных или полномасштабных модельных испытаний до разрушения, расчетного и экспериментального исследования эксплуатационной нагруженности и температурных полей. [c.181] 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] Расчеты долговечности на стадиях образования и развития трещин при однократном и циютическом нагружении с использованием деформированных критериев разрушения позволяют более обоснованно назначать ресурс высоконагруженных конструкций, выбирать конструктивные формы, материалы, технологию изготовления и режимы эксплуатации, а также разрабатывать мероприятия по повышению прочности, ресурса и форсированию режимов. [c.182] Вернуться к основной статье