Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

вают до определенного уровня напряжений о. Возникновение трещим, инициируют ударом или пулей в области наиболее низких температу| Трещина, проходя различные участки образца, создает различны^ рельеф разрушения — от полностью хрупкого до вязкого. Имеете участок смешанного разрушения, в пределах которого ширина губ срез; изменяется (рис.6.10.12, б).
...
При конкретных условиях испытаний скорость распространенН трещины зависит от энергии, поглощаемой металлом при разрушений В ряде опытов при хрупких разрушениях металлов трещины распростри нялись со скоростями 400...2000 м/с [41, 39], а при вязких в диапазон 50...300 м/с. Таким образом, является косвенным признаком сопро тивляемости металла разрушению.
...
192 Некоторые методы испытаний сварных соединений и конструкций
...
Под работоспособностью элемента, соединения или узла понимают его способность сопротивляться наступлению тех предельных состояний, которые ограничивают нормальную эксплуатацию сварного изделия. Наиболее опасным предельным состоянием является разрушение.
...
Потенциальная опасность катастрофических разрушений и связанных с этим материальных и экологических последствий предопределяет настоятельную необходимость совершенствования методов расчета, проектирования и изготовления конструкций с позиций исключения их разрушения в процессе эксплуатации. Актуальность такой задачи особенно остро ощущается применительно к сварным изделиям, поскольку нельзя игнорировать практическую неизбежность присутствия в них различного рода несплошностей (дефектов) как технологического, так и эксплуатационного характера.
...
Действительную (конструкционную) прочность конкретного изделия принято оценивать уровнем среднего напряжения ок в расчетном сечении, при котором достигается та стадия разрушения, что принята в качестве предельного состояния. Наличие трещины малого размера / практически не снижает ак
...
Для исключения отказов изделий в процессе эксплуатации возможны два подхода. В первом случае используют периодический контроль, с тем чтобы выявить растущую трещину и устранить ее до того, как она приведет к отказу в работе, то есть в период эксплуатации между точкой А,
...
Таким образом, при оценке работоспособности сварного изделия необходимо исходить из анализа процесса возникновения и развития разрушения с учетом его специфики в каждом отдельном случае. Сложность такого анализа определяется, во-первых, многообразием сочетания факторов, оказывающих влияние на процесс разрушения (рис.7.1.2) и, во-вторых, ограниченностью существующих представлений
...
В настоящей главе наступление предельного состояния разрушения при монотонном нагружении сначала рассматривается применительно к гладкому элементу без концентратора, затем при наличии трещино-подобного концентратора и только после этого осуществляется переход к рассмотрению реального стыкового соединения с присущей ему неоднородностью механических свойств.
...
Первое представление о поведении металла при нагружении в условиях любой схемы напряженного состояния позволяет получить знание деформационной характеристики материала, т.е. зависимости интенсивности истинных напряжений от интенсивности истинных деформаций о( = f(e}.
...
В переходной области от упругих деформаций к упругопласти-ческим целесообразно воспользоваться истинной логарифмической деформацией
...
которая обладает свойством аддитивности, что позволяет условие несжимаемости материала при пластической деформации выражать уравнением
...
аппроксимирующем действительную зависимость о, = /(е,) данного материала. Однако в области упругих и упругопластических деформаций^ зависимость (7.1.6) дает заметную погрешность. Более целесообразно степенную аппроксимацию использовать только в пластической облает ти, т.е. принять
...
196 Работоспособность сварных соединенна при монотонном нагружении
...
материалов сверхвысокой прочности. В нижней части рис.7.1.3 ховкой показаны те предельные значения ов для ряда материалов превышение которых уже не сопровождается увеличением констру ционной прочности узла или изделия [282]. Насколько существен является эт> ограничение, можно видеть на примере высокопроч сталей. Так несмотря на обширные исследования у нас и за рубеже в конце 50 х и начале 60-х годов по использованию сталей с пределе прочности 2000 МПа и выше для тонкостенных сосудов, полоз но го pe3j
...
Любой известный метод расчетной оценки работоспособносг! конструкции сводится к сопоставлению модели ее напряженнодеформш рованного состояния (НДС) с моделями предельных состояний. Ц
...
Целью настоящей главы является изложение экспериментально! расчетных подходов к оценке работоспособного конструкционного элемента из условия недопущения наступления предельного состояния разрушения при монотонном нагружении. Постановка измерений й
...
198 Работоспособность сварных соединений при монотонном нагружении
...
татов эксперимента с ссклветствующими результатами математического моделирования позволяет проверить адекватность модели и зафиксировать ее критическое состояние. После включения в математическую модель, критериев страгивания и движения трещины она может быть использована для расчетной оценки работоспособности элементов с дефектами в САПР [128].
...
Максимально возможную несущую способность простейшего элемента конструкции из однородного металла можно определить, рассматривая нагружение металла вплоть до наступления пластической неустойчивости, когда равномерная деформация сменяется локализованной и достигается максимальное значение нагружающего усилия [131]. Применительно к этому случаю примем следующие упрощающие положения.
...
В условных напряжениях предельная несущая способность металла оценивается, как известно, значением временного сопротивления ов, определяемого при растяжении стандартных образцов. Значения истинного напряжения и истинной деформации, соответствующие предельной несущей способности, можно определить из условия йХ
...
Работоспособность иввпдыд соединений при монотонном
...
Результаты сопоставления несущей способности элемента конструкции в условиях осевого и двухосного растяжения в зависимости от схемы нагружения
...
Так как значения показателя степени упрочнения я, как правило, ниже у более прочных металлов, то максимум усилия, растягивающего стержень, или максимум давления внутри сосуда в случае материала высокой прочности достигается при меньшей равномерной деформации, чем для материала низкой прочности. Следовательно, с повышением прочности материала склонность к локализации пластических деформаций проявляется даже при отсутствии концентратора напряжений. При этом для одного и того же материала максимально возможная несущая способность оказывается различной при нагружении стержня растягивающим усилием (св ) и при нагружении стенки цилиндрического сосуда
...
Максимально возможная несущая способность элемент»
...
Изменение отношения этих величин в функции показателя степени упрочнения материала и показано на рис.7.2.1. Можно видеть, что несущая способность стенки цилиндрического сосуда может быть больше ов, если п
...
292 Работоспособность саарнш соединений при монотонном кигружении
...
деление ск расчетным путем на основе моделирования процесса разрушения. Реализация такого подхода требует, во-первых, наличия имитационной модели, обеспечивающей расчетное описание изменения напряженно-деформированного состояния в зоне концентратора по мере роста нагрузки, а во-вторых, определения тех значений деформаций и напряжений, которые следует считать критическими применительно к наступлению предельного состояния элемента, подвергаемого расчету.
...
При монотонном нагружении конструктивного элемента реакцию материала на наличие несплошности (концентратора или дефекта) целесообразно характеризовать размером пластической зоны гт и значением пластической деформации еразр у вершины дефекта к моменту страгивания трещины (рис.7.3.1). Поскольку непосредственное определение гга и еразр трудно осуществимо, то обычно их оценивают косвенно, путем фиксирования раскрытия кромок дефекта, количественно отражающего суммарное влияние упругих и пластических деформаций у вершины дефекта в процессе нагружения.
...
Так, например, при растяжении плоского образца со сквозным центрально расположенным надрезом (рис.7.3.2,я) перемещения кромок V
...
Рис.7.3.1. Схема расположения зоны пластических деформаций у вершины трешино-подобного дефекта и распределение упругих напряжений при плоском напряженном состоянии (а) я
...
204 Работоспособность сварных соединений ори монотонном натяжении
...
На рис.7.3.4 представлены результаты измерений, выполненных на образце толщиной йн = 12 мм из стали СтЗкп при +20 "С [141]. Распределение значений бгш по толщине служит наглядным подтверждением изменения чувствительности металла к дефекту в зависимости от схемы напряженно-деформированного состояния (НДС). В середине толщины, где НДС было близким к условиям плоской деформации, страгивание трещины произошло при значении bQ
...
материала разрушению не только при страгивании трещины от исходного несквозного надреза, но и в процессе ее стабильного подрастания и самопроизвольного развития.
...
Условия страгивания и развития трещины зависят от податливости нагружающего устройства. Так, на рис.7.3.8 показано, что при монотонном мягком нагружении образца из сплава АМгб с поверхностной трещиной (кривая /) после страгивания наблюдается этап устойчивого
...
208 Работоспособность сварных соединений при монотонном нагружении /
...
роста трещины вплоть до достижения максимума нагрузки с последующим переходом к неустойчивому (самопроизвольному) росту. В случае жесткого нагружения (кривая 2)
...
Наиболее типичными и опасными дефектами для конструктивных элементов являются несквозные трещины. Развитие таких трещин в направлении толщины элемента может приводить как к нарушению сплошности (герметичности) элемента, так и к внезапному катастрофическому разрушению конструкции в целом [241].
...
соединения с неоднородными механическими свойствами, которая внезапно превращается в сквозную. Только нагружение образца с поверхностной трещиной позволяет выявить своеобразие процесса страгивания и развития несквозной трещины малого размера в направлении толщины конструктивного элемента, приблизить условия разрушения образца к условиям разрушения реальных элементов конструкций и использовать полученное в результате испытания критическое значение Кг
...
К тому же расположение вершины поверхностной полуэллиптической трещины в глубине металла способно обеспечить сохранение объемно-напряженного состояния в локальной зоне пластичности вплоть до уровня средних напряжений, близких к пределу текучести, когда начинается развитие макропластических деформаций всего сечения. Это позволяет существенно снизить требования к толщине образцов по сравнению с образцами со сквозной трещиной.
...
Изложенное выше показывает, что существующие рекомендации по оценке статической трещиностойкости не отвечают своему назначению не только в части выбора конструктивного оформления образца для испытаний, но и из-за недостаточного соответствия экспериментально определяемого критического значения Кг
...
Такой подход был положен в основу исследований, выполненных в МГТУ применительно к конструкциям оболочкового типа, исходя из недопустимости наступления предельного состояния разгерметизации стенки оболочки. Близкое соответствие процесса разрушения стенки оболочки под давлением и растянутого широкого образца с центральной поверхностной трещиной послужило основанием для использования составного образца, ранее показанного в главе 6 на рис.6.9.2.
...
После разрушения образца осмотр и обмер поверхностей разрыва обеспечивает получение информации как о размерах исходной трещины, так и о распределении пластических удлинений волокон, сопровождающих продвижение поверхностной трещины в направлении толщины. Схема, поясняющая постановку таких измерений, показана на рис. 7.4.1,о. Предполагается, что в исходном состоянии до приложения растягивающего усилия берега исходной усталостной трещины соприка-
...
210 Работоспособность сварных соединений при монотонном нагружении
...
Распределение пластических удлинений волокон определяют снятием профиллограмм каждой из поверхностей разрушения двух половин образца в одной и той же продольной плоскости, проходящей через точки 0^02Оъ
...
Методика экспериментальной оценки трещииостойкости
...
усталостной трещины глубиной /0, начинается на некотором расстоянии а слева от ее вершины. Это расстояние а характеризует размер зоны пластичности к моменту страгивания трещины, а ордината 8m = bQ т в точке, соответствующей начальному положению вершины трещины, дает значение пластической составляющей раскрытия кромок 8g m в момент страгивания.
...
Монотонное возрастание значений 8^ свидетельствует о том, что продвижение вершины трещины требует подвода энергии от нагружающего устройства, подрастающая поверхностная трещина является стабильной. Напротив, отсутствие увеличения 8т
...
212 Работоспособность сварят соединений при монотонном насружеиии
...
Таким образом, применение изложенной методики испытаний позволяет судить об изменениях не только деформационных и силовых, но и кинетико-энергетических факторов в процессе превращения поверхностной трещины в сквозную. Обработка результатов испытания каждого образца включает определение следующих параметров.
...
Обобщение результатов исследования тривджстоикости
...
методами НРК обнаружены те или иные дефекты. Тем не менее в современных расчетах на прочность еще не принято заранее учитывать наличие дефекта как фактора, подлежащего учету на стадии проектирования или эксплуатации.
...
Для постановки подобных задач необходимы четкие представления об особенностях процесса разрушения конкретного элемента с трещиной, которые пока еще в литературе отсутствуют.
...
Разрушение, наступающее при однократном приложении возрастающей нагрузки, может быть либо хрупким (разрушение сколом) либо вязким, связанным с развитием пластических деформаций При растяжении гладкого образца, когда о, /о;« 1, разрушению предшествуют, как правило, значительные пластические деформации. Наличие концентратора напряжений в той или иной степени увеличивает жесткость напряженного состояния в зоне вершины концентратора (/ = о,/о( > 1) и тем самым ограничивает развитие пластических деформаций перед возникновением трещины в этой зоне Условия наступления идеально хрупкого" разрушения при о, = 0 и е( = 0 (то есть при у = а1/а1
...
Экспериментальное исследование такого рода выполнялось в МГТУ им.Баумана в течение ряда лет под руководством С.А.Куркина (В.П.Новицким, С.С.Родионовым, В.В.Бородиным, В.В.Трубиным, С.И.Тарасовым, И И.Гуменшаймером, Ю.Ю.Лавряковым). Статическому растяжению подвергали широкие плоские образцы толщиной 12...30 мм. Составная конструкция таких образцов, включающая испытуемый элемент — вставку и приварные захватные головки, была описана ранее в §6.9 (см.рис.6.9.2). Центральную поверхностную трещину требуемого размера в каждом образце выращивали от поверхностного надреза пульсирующим нагружением по схеме трехточечного изгиба. Общие сведения о материалах, их механических свойствах, сечениях образцов, исходных размерах поверхностных трещин и результатах испытаний образцов из однородного металла представлены в табл. 7.5.1, где обозначения параметров и методика их определения соответствуют приведенным в §7.4. Рассмотрим результаты этого исследования
...
214 Работоспособность сварных соединений при монотонном пагружении
...
Результаты испытаний образцов с поверхностной трещиной
...

Основы металлографии и пластической деформации стали
Оборудование для контактной сварки постоянным током
Справочник конструктора металлических конструкций
Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности
Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности