Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 34
Текст из файла (страница 34)
За счет циклических процессов нля коррозпи под напряжением зта трещина может растп и достичь внешней поверхности сосуда. Начнется утечка содержимого через образовавшуюся сквозную трещину, что дает возможность ее обнаружить. Этой возможностью мы сумеем воспользоваться, если размер сквозной трещины нпже критического, п пока она дорастет до опасного состояния, будет время приостановить эксплуатацию н принять меры длн ремонта.
Сосуд, спроектированный таким образом, удовлетворяет требованию утечки перед разрушением, что является обязательным, например, прн проектирования сосудов в ядерных установках. Критическое состояние походной внутренней песквозной трещины можно грубо оцепить по формуле (')07). Если длина образовавшейся затем сквозной трещины имеет порядок длпны исходного дефекта Ь, то условие ее 206 устойчивости (течи перед разрушением) записывается так: ~/ ф = — '„" )у — ", ~к„ (109) т. с. Если в (107) взято крнтпческое значение К„для плоской деформации, то в (109) лучпте брать К, для плоского напряженного состояния, ведь сосуд тонкостенный. Вообразим себе дисплей, на котором отображается форма трещины, находящейся в поле зренпя дефектоскопа (рнс. 128), Совместив ее изобрзженпе с критическим прямоугольником 1,Х 1.„мы увидим, что трещина Рис.
128. Трещина (1) устойчива, трещина (2) иеустойчиоа, яо оиа превращается в сквозную устойчпзую трещину, трещине (у) абсолютно неустойчива 207 1 устойчива, ее глубина меньше крзггпческой 1„трещина 2 неустойчива — опа проскочит на внешнюю поверхность, но там остановится, н мы успеем вызвать ремонтную бригаду. И только дефект 3 абсолзотно опасен. Сосуд с таким дефектом нп в коем случае нельзя ставить под рабочую нагрузку. С подобным анализом могут столкнуться не только специалисты по перазрушающему контролю, по и специалисты, изучающие по виду поверхностей излома причины аварпп, по об этом речь пойдет в следующем параграфе.
Мы ясе в заключенно прпводем более реальный пример использования механики разрушения для обоснования процедуры дефоктоскопнческого контроля. Число цикпое Вреия, сут ап ыы 6 12 24 48 400 283 200 6 12 24 9600 6800 4800 Число циклов Время, сут 96 166 48 70 8400 1900 142 81 Итого 2,65.10а ) В колоиаад таблицы а укаааиы: текущая длина усталосткоа трещины (, очередиое прирапоппс се длпиы Ы (как крапило, рааиое предщестаующеа Лилие), а таама число цу клоп «ли кисло суток, аа которое длила трещиим получает укаааииое прлращеиие. 21о = 8 мм; если во время эксплуатацип визуально, то 21о = 12 мм, Будем в нашем примере считать, что трещина контролируется визуально и, следовательно, 21о = 12 мм на поверхности детали.
Определим критические размеры трещины длуг сквозной трещины длкпой 25 В этом случае К = ори и со- 208 Допустим, что требуется установить периодичность дефектоскоппческого контроля плоской растягиваемой детали, имеющей форму широкой полосы с центрально расположенной трещиной. Материал детали — сталь А588 (о, = 350 Н))ммд, оа = 490 Н/ммт), толщина детали 1= 38 мм.
Вязкость разрушения принимаем равной К, = 8400 Н/мм"' (при заданной толщине), вязкость разруп)ения прн плоской деформации К„= 3900 Н)'мма)У, Пусть нагрузка циклически изменяется с периодом, равным одному часу. Максимальное напряжение цикла примем равным а = 0,8о, = 280 Н,)маг', а минимальное— о,. =О.
Для ориентировочной оценки длины начальной трещины можно принять, что если наличие трещинь) контролируется прн изготовлении детали, то 21о = 3 мм; если во время эксплуатации — неразрушающими методами, то Таблица 4 Результаты исиытаииа детали иа долговечность *] ответственно критическая полудлина трещины, определенная из условия К = К., будет 1 / К, ~2 я аюах (110) Найдем число циклов и время, необходимые для подрастания сквозной трещины от начального размера до критического, интегрируя полученную из эксперимента зависимость для скорости распространения трещины — = 2,06 10 тз1(ЛК)з~ ЛК = К = и у'п?. (111) Результаты приведены в табл. 4, откуда следует, что долговечность рассматриваемой детали составляет 1106 суток (при длительности одного цикла пагружепия, равной одному часу) и что трещина удваивает свою длину (по отношению к начальной) за время, равное примерно одной трети долговечности.
Поэтому имеет смысл назначить шестикратный запас по долговечности для осмотра конструкции и проводить дефектоскопический контроль два раза в год (1106: 6 = 184 суток). 9 31. Механика разрушения и судебная экспертиза Существовал лн в конструкции дефект? Явился ли он причиной аварии? Как развивалось разрушение? Кто несет ответственность за дефект? На зги и на другие подобные вопросы должны уметь отвечать специалисты по механике разрушения. Но такие же вопросы интересуют следователя, прокурора и других участников судебного разбирательства дел об авариях, Поэтому-то механики часто привлекаются истцом или ответчиком в качестве судебных экспертов.
Н1дут от них обоснованных ответов и, как правило, ожидания зти оправдываются. Проблемы, которые приходится решать при этом, несколько похожи на проблемы дефектоскопии, только в отличие от неразрушающего контроля необходимо заглянуть не вперед по времени, а назад. Проиллюстрируем это двумя случаями из судебной практики. Дело о лопнувшем колесе мотоцикла. Из протокола с места происшествия: «Водитель с пассажиром ехал на мотоцикле со скоростью около 80 км/час по прямому участку автострады. Внезапно раздался низкий звук, напоминающий ружейный выстрел, после чего забуксовало заднее колесо.
Пас-. 14 в. з. паргра 209 сажир упал направо, водителя отбросило также направо. Колесо, проскользнув па правом боку яо шоссе, остановилось в 35 метрах от места аварии». Из результатов ооследовапия разрушенного колеса: «Из прплагаемой к делу фотографии колеса, сделанной после снятия шипы (рпс. 120), видно отделение обода от остальной части колеса. Стрелкой на ободе указано Рис. 129, Общий вид левой стороны колоса мотоцикла. Видно отделение обода от остал»кои части колеса.
Стрелкой указано поло- жение сварного шее положение сварного шва... Визуальное обследование участка отделении кромки обода от основания наводит па предположение об усталостном разрушении, но оно не может быть признано окончательным, поскольку участок разрушения частично покрыт ржавчиной». «Колесо.... было изготовлено формовкой полосы, изгибом ее по окружности и сваркой концов друг с другом. Окалина со шва, вероятно, удалялась пглифованием. После механической обработки и сварки было проведено хромирование». «Мякрофотографии (рис.
(30, а и б) показывают поперечное сечение обода па месте сварного шва с левой (ведущей) и с правой стороны колеса». О рекопструкцкн разрушения: «Разрушенпе обода развивалось у основания кромки обода пз-за усталости, пачавпгись у сварного пгва, к тому же толщина стальной полосы, пз которой штамповался обод, уменьшилась приблизительно на 40% (начальная 210 толщина 1,25 мм, конечная около 0,75 мм), без сомнения, нз-за шлифовки, проведенной при удалении окалины. Фото (рпс.
130) показывает яловое качество сварки Рпс. 130. 11оперечпоо сече:пе обода па месте сварпого птва с ле- вой (а) и с правой (б) оторопев глядя па мотоцикл спереди и уменыпение толщины металла. Раз стартовав от осповапия сварного шва, трещина распространялась в окрунспом направлении по топкому металлу, тем более что рез-' 14* 211 кое внутреннее закругление вызвало существенную концентрацию напряжений.
Когда обод был значительно ослаблен, кромка отогнулась нару»ку и была оторвана от основания обода из-за давления воздуха в »пине па кромку обода. Край шины больше пе удерживался кромкой обода и был вытолкнут наружу. Боковая стенка шипы выпятилась, задела при вращении за конструкцию мотоцикла.
Из дыры, образовавшейся при этом, в шине выпятилась часть внутренней камеры. Эта часть была сразу же сорвана, и камера взорвалась, что привело к «мгновенному» спуску шины». Из заключения эксперта: «Иепосредствекпой причиной разрушения, а следовательно, и аварии несомненно является производственный дефект». Данный случай был улажен в суде выплатой нескольких тысяч долларов пострадавшим.
Пе входя в юридические аспекты дела, отмечу, что здесь налицо был грубый дефект изготовления, приведший к скорой аварии (мотоцикл прошел в нормальных условиях не более 4000 км). Если бы причина усталостпого разрушения была пе столь очевидна (специалисту!), то потребовался бы более тщательный расчет по теориям усталостпого роста трещины и сравнение расчетной долговечности и сроков эксплуатации до плановой проверки и ремонта.
Дело об аварии бензовоза. Из протокола: «Колесный трактор тянул полуприцеп и цистерну с бензином. Покидая автостраду по закруглению с радиусом около 100 м, водитель притормозил перед указателем остановки, по в этот момент состав перевернулся и загорелся. Пожар полностью уничтожил бензовоз и прицеп, водитель не пострадал». В результате осмотра ка месте происшествия обнару»кепо, что сломалось прицепное приспособление, а вот тросы безопасности остались певредимыми.
Владельцем было возоул«дено дело о возмещении ущерба на том основании, что тяговый брус был дефектным и после девяти месяцев эксплуатации вызвал аварию. Главный вопрос, который надо было выяснить в суде, состоял в том, была ли авария вызвана разрушением тягового бруса илп же он сам сломался в ходе аварии. Ответить на него предстояло экспертам-специалистам по разрушению, которых наняли истец и ответчик. 212 Рис. 131.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
