Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Масштаб пзобрал еппя в 1 делении 1 микрон (10 е м), для сравнения пзобраткся типичные размер зерна для стали 179 изменения температуры возникают в аварийных ситуациях, например, при внезапной остановке ядерного реактора. Они также создаются при пусках и остановках агрегатов. Так, при запуске двигателя в стенках камеры сгорания возникают динамические термоупругие напряжения. Они максимальны при первой вспышке топлива, пока двигатель еще холодный. Время сгорания мало (порядка 10 в с), поэтому возникает задача определения напрягкений при кратковременном повышении (или понивкении) температуры поверхности. В качестве примера рассмотрим задачу о тепловом ударе в плоскостп с разрезом. Пусть в начальный момент плоскость имеет нулевуго температуру, а на разрезе мгновенно возникает и в дальнейшем поддержнвается отрицательная температура — Те. Тогда коэффициент интенсивности сдвиговых напряжений Кн тождественно равен пулю, а К,(г)= " ).
-(и М~У лире (96) 6(1 — т) 1, с гпе 1 Здесь с1 — скорость упругих волн расширения, а М— функция, график которой при т = 0,3 изображен на рпс. 111. Из формулы (96) и критерия хрупкого разрушения Кг = Кг, следует, что прн тепловом ударе время г,у 7,5 г,у Рис. И). График функции ЯУ(А), фигурирующей в формуле (96) до начала хрупкого разрушения зависит от отношения (К„/Те), причем 2 < и < 4. Можно показать, что подобные оценки справедливы для тела конечных размеров и любой формы. Заметим, что величина с1 появилась в формуле (96) не случайно. При тепловом ударе та область (или точка), в которой резко изменялась температура, 180 является генератором распространяюгцихся (копечно же, со скоростью с~) упругих волн расптирения-сжатия.
На рис. 112 показана такая волпа расширения, идущая в глубь полупространства х>0 от внезапно нагретой на Рис. 112. Волна термоупругпх напряжений прп тепловом ударе (внеаапный нагрев или охлаждешю границы л = О в момент 1 = = О на пТ градусов) идет в глубь полупространства со скоростью упругой волны расширення-слзатия с, ЬТ градусов поверхности х = О. Максимальные динамические термоупругие папряжения при перепаде, допустим, в 100 С, имеют порядок сотен МПа и могут существенно влиять на прочность деталей. Представим теперь, что в плоскости с разрезом мгновенно возник источник тепла. Как повлияет такая Рис. 113. Если точечный источник тепла находится в областях д то у правого конца разреза л = +( возникают растягивающие папрзжеппя (Кг ) ) О), если же его поместить в область Д то у правого конца напряжения станут сжима- ющими (Н~ - О) вспышка на поведение трещины в наиболее опасные начальные моменты времени? Какое расположение места вспышки относительно вершины трещины приводит к положительным зпачепиям Кп а какое — к отрицательным? Иными словами, какое расположение дефекта относительно точкп нагрева является опаспым с точки зрения' 181 склонности к хрупкому разрушению? Для тела с полу бесконечным разрезом, например, положительные значения К~ возникают в тех случаях, когда источник тепла находится в секторе — < ср < 4, симметричном относительно ликии продолжения разреза.
Для аналогичной задачи о разрезе конечной длины ( — 1, 1) картина становится существенно сложнее. На рис. 113 показаны области, в которых появление источника тепла вызывает в правом конце разреза положительные и отрицательные аначения Кп Любопытно, что тепловой источник, близкий к одному из концов разреза, создавая вблизи него сжимающие напряжения, может вызвать в окрестности другого конца опасные растягивающие напряжения. Глава у НЕКОТОРЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ й 28.
Как остановить движение трещины? Мы уже разобрались в основных механизмах движения трещины, в том, откуда берется энергия, идущая на рост трещины, можем рассчитать уровень безопасных рабочих напряжений, а также долговечность реальных конструкций с дефектами. Поговорим немного об основных направлениях исследований, свяаанпых с живучестью конструкций, и оценим эти усилия с точки зрения механики разруп~енпя. Весспорно, что в хоропго спроектированной конструкции должна быть организована глубоко эгпелонированная оборона от наступления трещин, причем война должна вестись на каждом рубеже.
Вкратце уже говорилось о том, какие меры следует предпринимать, когда медленно растущие безопасные дефекты начинают приближаться к критпческим состояниям. По попробуем разобраться в том, что делать с конструкцией, содержащей опасный дефект. В статическом случае можно подумать о ремонте конструкции (что иногча оказывается тоже сложной в инженерном п в теоретическом плане задачей), а вот в динамическом случае проблема намного усложняется, ведь речь идет о торможении (з течение микросекунд) рвапувгпейся с огромной скоростью трещины в условиях, быть мо,"кет, ударных нагрузок.
Сложилось даже представление о принципиальной яевоаможпости торможения начав|пегося быстрого лавинообразного распространения трещины. Однако положение здесь не совсем безнадеи;ное. Во-первых, для развивающихся трещин мо~кно устроить ловушки, которые поймают бегущую трещину, а, во-вторых, на современном этапе развития электроники можае говорить о сенсорных системах, которые способны вовремя заметить такую трещину, включить вычислительные устройства прогнозирования ее движения, а затем пекото- 183 рый мехализм торможения разрушепия.
Конечно же, по строеппе простых ловушек, останавливающих разрушевпе, проще и дешевле, яо создакие иадежпых противоаварпц.. яых, пусть п дорогостоящих, систем, представляет собой жизненно важпую задачу, особенно тогда, когда речь идет об упякальпых сооружепкях и (илп) о безопасности людей. Оставовимся па некоторых проблемах ремонта В этой области одпим из павболее шпроко распростраиеипых методов является устаиовка дополнительных ребер жесткости, называемых в ряде случаев стрннзсра>и>п Помимо повышения устойчивости, ояи могут обеспечить безопасяость дефектной коиструкции (мы уже говорили об этом в з 13), Конечно же, стрингеры часто устапавлявают заранее, создавая препятствия яа возмоя>яом пути распростраиепия трещин в «уязвимых» местах конструкции.
Особенно любят стрингеры авиационные ияжеяеры, которым пеобходимо обеспечить целостность летательного аппарата даже со зяачитель~ым числом повреждеппй. притом в условиях минимально возможпого веса, вкшочая подкрепляющие элементы, Вы, конечно же, обращали внимание па ряды заклепок, покрывающих поверхность фюзеляжа и крыльев,— пми к широким металлическим листам осяовпой копструкцпп прикрепляются мпогочпслепные стрингеры в виде топких полос. Наряду с обычяыми стрпягерами могут применяться и так пазываемые заплаты-дублеры или ремонтные заплаты, прпварелные, приклееппые или приклепаяяые к копструкцпп. Вомиогих случаях опп, помимо торможения трещвв.
могут обеспечивать таки>е герметичность, местную прочность конструкции, защиту от корроз>ш и т. п., т. е. выполнять сразу несколько полезных функций, восстакавлпвзя повре>кдеиную конструкцию. Особенно перспек»ш>зыми в этом откошекип представляются заплаты пз зрцпровавиых пластиков. Оо эффективности ремонтной >пшлэт>з можн» судить по ре,ультзтам численного расчета коэффициента пвтепспсиостп напряжепий К у вершины сквозной трещияы длпяы 21 в топком листе с приклепанной прямо- угол>пой заплатой ширипой 2о и высоток 28 (рпс. 114). На рпс. 115 представлепы безразмервые зависимости коэффпцпеята ивтеиспвяости капряжеппй К(йе = о>я1— коэффпцпент иятепсивпостп в яеподкреплепвом листе) от д>пшы трещипы, Опк показывают, что только заплата, целиком закрывающая трещину, может существенно 184 снизить коэффициент интенсивности, причем в таком соединении лучшие результаты получаются для относительно более жестких заплат и заклепок.
Загнетки ещ, ще что лучше устанавливать заплаты симметрично с обеих сторон листа, иначе появляются изгибные напряжения, которые могут снизить или ликвидировать совсем подкрепляющий эффект заплаты. эаййа,па К полояштельным результатам могут привести и противоположные действия — не усиление дефектной конструкции, а ее «ослаблениее — высвер- Сл.Фз«а ливанпе дополнительных ~д тД ! разгружающпх отверстий в вершинах трещины. Никому пе придет в голову мысль дырявить без надобности конструкцию до Рес. 114. Не лист со сквозной трепоявленпя трещины, ведь щнэой нрвкаепана ремонтная зв наблюдательным л«одям известно, что при подходе к отверстшо трещина значительно ускоряет свой бег.
Иначе дело обстоит, если разгружающее отверстие просверлено в кончике трещины после ее обнаружения. Эффективность такого известного на практике приема определяется различного рода фактораь«п: устранением сипгулярпостп напряжений и наиболее поврежденного материала в кончике трещины; появлением остаточных сжимающих напряжений в процессе холодной обработки и умепьшеппем чувствительности материала к концентрации напряжешш и т. и.
Известно, что коэффнцпент концентрацки напряжений определнетсн н основном длиной концентратора н радиусом кривизны его контура в точке действия максимальных напряжений. дто позволяет в ряде случаев при определении концентрации напряжений изучаемый концентратор ваменить на эквивалентный, решение для которого известно. Можно ввести понятие «эквивалентного эллипсае 1эквивалентный эллиптический вырез), позволяющее определить максимальный коэффициент концентрации напряжений для концентратора в виде тре- 185 К б т 2,4 бе' К нЯ а,л 52 д ьп 2,4 Рис.
И5. Коаффнцпенты интенсивности напряжений в листе с трепсиной и ремонтной заплатой: а) влияние размеров заплаты; 1— 11)Ь = 0,6; й — Н)Ь = 1; 3 — Н)Ь = 2, 6) влпянио жесткости заклепок (заплата квадратпан); 1 — абсолютно жесткие; 2, 5, 4 — податливость заклепок растет, в) влияние жесткости заплаты (заплата квадратная):, 1 — более жесткая: 2 — менеа жесткая 186 щины с отверстиями в ее концах в бесконечной (полу- бесконечной) пластине при растяжении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
