Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Вообще катастрофические разрушенпя пропсходплп практически непрерывно вплоть до наших дней. Особенно часто разрушалпсь мосты. 14 марта 1938 г. в холодную погоду и практически без силовой нагрузки разрушился сварной автодорожный мост через канал Альберта в Хасселте (Бельгия), в 1940 г. произошла катастрофа Тзкомского моста (рпс.
1) в СП1А, а в 1962 г. разрушился Королевский мост в Мельбурне (Австралия). Во всех случаях расследование установило, что причиной катастроф были ошибки при проектирования: неполный учет действующих нагруаок, которые приводплп к непредвиденным колебаниям и резонансу, недостаточ- ные знания законов прочности и разрушения конструкций. Болье|плотва обру|певвй мостов проходило в снльныо бури, зачастую совершенно неожиданно и с большими человеческими жертвами, а вот упомянутая крупнейшая в истории мостостроения катастрофа моста через реку Рис.
1. Таковский мост Такома в США обошлась без жертв и даже была запечатлена на нинопленке. Этот уникальнейший фильм, предоставивший массу ценного материала для исследования причин аварии, используется во всем мире в качестве учебного фильма для студентов. Такомский мост, построенный летом 1940 г., имел третий в мире по длине пролет в 854 и, перекрытый висячим мостом, довольно узким, с проезжей частью Н-образного сечения высотой 2,4 и и шириной около 12 м, рассчитанной на двухрядное движение автомобилей.
Почти сразу после постройки обнаружилась внушающая тревогу большая чувствительность к порывам ветра, вызывавшим колебания с амплитудой до полутора метров. Безуспешные попытки введения дополнительных связей и установки гидравлических демпферов на пилонах моста не смогли предотвраткть катастрофы, происшедшей уже 7 ноября 1940 г.
С 10 часов утра прп скорости ветра около 19 и/с установились одноузловые изгибно-крутпльные колебания с периодом около 5 с п чрезвычайно большой амплитудой — такой, что угол наклона проезжей части к горизонту доходил до 45' 1рис. 2). После часа таких колебаний часть проезжего полотна отломилась и рухнула в воду. Анализ катастрофы указал на необходимость динамического расчета мостов, ведь несчастный Такомский мост был рассчитан на статическую ветровую па-, в груаку от ветра со скоростью 50 зг/с.
Сейчас на месте прежнего успешно раоотает мост шириной 18 м, у которого проезжая часть пыеет коробчатое сечение высотой 10 м. Сплошные балки для уменьшения амплитуды аэродинамических возмущений заменены у нового моста сквозными фермамп. Большие материальные потери были связаны с разрушением мзгистралы~ых газопроводов (рис. 3), где зачастуто разрушающая трещина пробегала несколько Ркс. 2, Колебания проезжей части Такомского моста за час перед катастрофой километров со скоростью 1 — 2 км/с.
Но особенно невосполнпыые потери, связанные с человеческими жертвами, имели место прп разрушении самолетов н судов. Полет первого в мире роактпппого самолета (серип >Комета>, Англия), взорвавшегося в воздухе, привел к гибели зкнпая'а, причем после авиакатастрофы удалось собрать 250 тыс. обломков. Нак бы мы теперь сказали, практически одновременно безудержно развилось оольшое число разорнентпрозанных трещлн, что и привело к катастрофе. Дальнейшие аварии коммерчесш|х реактивных самолетов этого класса заставилп инженеров соорудить огромный кессон, внутренняя камера которого подзерга- 10 лась нагрузкам, »годелиру»о»ппм условия полета, призем.
пения, взлета и действие реактивного двигателя. Испытания лали возмогкпость обнаружить так называемые усталостпые трнцппьг, зарожлшощпеся па поверхности илл»о»гипатора и вырастающие йо критических размеров "). В конце 1042 г. посту»шли первые сигналы о серьезных внезапных разрушениях нескольких американских Рпс. 3.
Трещала а пагпстральвсм газспрсесдс судов типа «Либерти», которые пришлось отбуксггроватт в порт для ремонта. Поначалу этп аварии отнесли к случайностям военного времени п пе ааметплп возникших алесь научных и шля«оперных проблем. Убедггтьсп в ошибочности такого мнения заставила авария танкера «Скенектади», который (после успешно проведеппы.г морских испытаний) !б зиоаря 1943 г. ио возвращении в порт внезапно рвало»пелся па лве частщ Трещина зародилась в остром углу люка па палубе, практически ъггповенно прошла через палубу и по обоим бортам корпуса до пойводпоп части у самого киля (рпс.
4). ь»со ") Интересно, что встсрпз с с»полете«ш «[йшета» Шала палвсстью еоспрслзеедеп» е 1951 г. л а»»ссйюльме «Путеществпе е 4«атаствку» с участием Марала Дшрлх з Дгксймса Стюарта. 11 зто случилось е безветренную погоду, при температуре воздуха — 3 'С п температуре воды — 4,5 'С.
Примерно и таких н'е услоепях 20 марта 1943 г. и канале Амбросо вблизи Нь>о-йорка разломился пополам другой корабль такого же класса «Мапхеттепв, построенный на Рпс. 4, Лварпя танкера ><Скан«птахи» >январь >013 гй семь месяцев раньше и имепшпй аналогичную конструкцию, за исключением установки излетной палубы. Вообще до конца 1958 г. е Лирике Г>ыло зарегпстрпроеано 319 аварий и крупных разрушений кораблей, В Великобритании, Дании, ФРГ, 1Ппецпп п др. странах также были еарегпстркропаны хрупкие разрушения судоа (например, пз 28 пзготопленных с 1042 по 1065 г, п разло.
миешихся на дее части кораблей 6 были построены в Европе). Компетентна>е и представительные комиссии, расследовав>пие причины аварий, отметили, жо разрушения произошли из-за плохого качества стали п ошибок, связанных с недостаточнымн знаниями законов хрупкого разрушения. Заметим еще, что е то время не было хорошего испгптательного оборудования, позволившего бы произвести разрушение н лабораторных услоеиях, и мне кажется, что указанные случаи остались примерами разрушений, которые нельзя было ни прогнозироватаь, пи достаточно строго исследовать постфактутг, И Рассказ о катастрофических разрушениях можно про. должать буквально до сегодняшнего дня (еслп не быть в курсе дквсрснй, готовящихся па завтра плп послезавтра).
Но мы ограничимся лишь еще нссколькпмп истор«тяни, происшедшими «на днях» па моро н па земле. 27 марта 1980 г. плавучая платформа «Александр Д. Кьелэнд» потерпела аварию во время шторма в Северном море, приведшую к гибели 123 человек. Платформа А. Л. К. с буровой вышкой — одна пз 11 полупогружепных пятиугольных конструкций, разработанных во Франции в И60 г. и построенных в период с 1960 по 1977 г., имела размеры 103 Х 99 и в плане и высоту 40,5 м от вершины палубы до основания понтона (рис. 5). Пять понтонов 22-метрового диаметра и опор в виде колонн 8,5-метрового диаметра были связаны системой горизонтальных и диагональных трубных креплений, Погодные условия в момент катастрофы были не блестящие, но отнюдь пе критические для Северного моря: волнение моря 9 — 11 баллов (скорость ветра 16— 20»«7с), высота волн — от 6 до 10 и п температура воздуха +4 'С до — О 'С.
Прп выявлении причин аварии было установлено, что па рапнеп стадии произошло усталостное растресккваппе двойного сварного шва установки гидрофопа, что явилось причяпой недостаточной прочности и разрушения крепления Р6, связацного с платформой пятью другпмп креплениями. Платформа отклонилась на 30 — 35' от горизонтального положения, и буровая вышка начала медленно погружаться в воду. В последующие 20 минут погруя'ение сопровождалось дополнительным крепом, который медленно увеличивался по мере того, как вода затопляла палубу и колонны С и Е через открытые отверстия (двери, вентиляторы и т.
д.). Затеи буровая вышка полностью опрокинулась и продолжала плавать в перевернутом положении с четырьмя видимыми понтонамп, Большие убытки приносит разрушение народному хозяйству и в нашей стране. Приведу несколько примеРов Разрушений, произошедших в химической промьпн. ленности и промышленности производства минеральных удобрений.
На рис. 6 показано хранилище фосфорной кислоты Волховского алюминиевого завода. Аппарат был установлен на открытой площадке без теплоизоляции. После десятилетней зксплуатацпи в январе 1974 г. его остаповилп для ремонта защитного слоя. После ремонта при аалпвке в хранилище (с температурой внутрейней поверхности -28 "С) кислоты (с температурой +60'С) произошел разрыв корпуса аппарата от днища вдоль образующей цилиндра с образованием трещины длиной около 3м (ширина трещины в месте перехода корпуса к днищу— 15 мм). Через трещину вылились сотни тонн горячей тле рантпаи Крепленая Доагаиалгигте Нотииое гпрогангпалоные иреплеиоя нрепленоя Рос, 5, Платформа Александр Л.
Кьсланд кислоты, произошло разрушение бетонного основания и металлоконструкций. Главными виновниками аварии были, безусловно, эксплуатационники, залившие горячую кислоту в промерзшее хранилище, что привело к разруптению от теплового удара. Когда в Череповце в декабре 1977 г. ударил мороз — 44'С, на Череповецком химзаводе произошли сразу две серьезные аварии в липни производства серной кислоты: во-первых, в сушильной 14 Ф~ о о о. о ое ос о д н ° о Я 'о й й о а о о ас ~о ,о а 3 ц В ц аа о д о оо Ф д й о о Д Ц й о оо ооо 'б'о о 6~ Ф о.', о М ой .",~.; аа ц Ооа до о Ц о ~и Ыо ~й ,Й о о о В о И3 Ф. Ф Р' ~ це фГ Ю ,$ а. о ~ В ~„, ФВ щ аа о в Зс д ц В ®м Р д В 4С Ф ~а башне (рпс. 7) пропзоп>ел разрыв корпуса нз листовой стали толщшюй 10 мм с образованном магистральной вертикальной ветвящейся трещины длшюй около 7 и и шпрпной от 3 до 5 мм; во-вторых, разру>лился корпус моногпдратпого абсорбера (рпс.
8) пз листовой стали толщпной 12 мм с образованием трещпны вдоль образующей цплпндра длиной около 4 м. Причиной зтнх аварий был, конечно, большой перепад температур, поскольку температура кислоты внутри аппаратов превышала 70 — 80'С. Количество вытекшей кислоты было здесь несравннл>о меньшим, но вот зкономпческие потери очень большие — нз-за остановки всего производства более чем на месяц. Наконец, на Рязанском производственном объединенпи «Хнмволокно» произошла авария скруббера регенерацпн раствора осадительной ванны контактным способом (рис. 9). Лппарат таня«е был установлен на открытой площадке без теплоизоляции, по с защитой корпуса листовым свинцом, полппзобутплепом, листовым асбестом н кислотоупорным кпрппчем.
Через год после пуска, в 1975 г., произошел отрыв днища от корпуса. Одновременно появплась и вертпкальная трещпна вдоль образующей цилиндра в зоне примыкания газохода к корпусу. Разрушепне сопровождалось вздутпем металлического корпуса, что прпвело к разрыву всего защитного слоя. 11ричппой аварпп послужило химическое взаимодействие агрессивной среды с аащптным покрытием. Закапчпвая отрпцательные примеры разрушения, с которыми надо бороться, сформулпруем некоторые проблемы, в которых позитпвные аспекты разрушения могут быть пспользованы п которые ждут своего решенпя. Среди нпх: проведепяе теоретпческого и экспериментального анализа динамического разрушенпя горных пород (особенно при взрывном нагруженни); определение мехаппзмов, при которых поверхностно актквные жндкостп ения«ают износ поверхностп; выявление аакономерностей н создаш>е надежных методов использования химико- механических аффектов к поверхностно-актквных сред при механпческой обработке; изучение механизмов и техническпх возможностей сверхвысоких скоростей механической обработкп металлов.
Разрушение становится полезным прп осасенпи естественных ресурсов, эксплуатации земных недр и морского дпа, прп переработке отходов и др. Так что же, ответплк мы па вопрос — что такое разрушение?, или нет) И да, и пег. Но безусловно только 2 в, з, п»»««а одно — что истинная природа этого хорошо известного явления выяснена далеко не полностью. Катастрофы танкеров и судов, самолетов и ракет, химического оборудования и др., вызванные внезапным распространением трещин, слабое использование положительных аспектов разрушения показали недостаточность существующих классических расчетов, необходимость в новых характеристиках разрушения. Таким обрааом, проблема разрушения, всегда стимулировавшая научную и техническую мысль, в наши днп приобрела первостепенное значение.
Современный инженер обязан использовать всю мощь новейших научно обоснованных расчетных методов, чтобы создать прочную, безопасную конструкцию, способную надежно функционировать — стоять, летать, нырять, бурить и делать все, что от нее потребуется, в течение гарантированного срока ее службы и, кроме того, быть еще экономически выгодной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
