Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Обшийг вид тягового приспособлепия (примерпо в 1/13 величииы) ' "т Рис. 132. Поворхпость разрушения правой отливки (см. рвс. 131). Сварпой шов сверху, иптопсввпое порообразовапио сливу (пример- по в 1/2 велпчппы) 213 Было выдвипуто две противополоткных версии. Во- рспя истца состояла в том, что первой от усталости разрушилась проушина с правой стороны, передняя ось прицепа резко повернулась вправо, ее в этот момент тянул одпп трос безопасности и левая проушина.
По от увеличившейся нагрузки опа разрушилась, и далее прицеп ударил по полуприцепу, перевернул его и за ним опрокинулся и сам. 1!рпцепное приспособление было сварено из труб, пластин и стальных отливок (рис. 131). Разрыв произошел по месту сварки трубы с отливкой (рис. 132 све- Х . у) и по самой отливке (рис.
132 снизу). Видно, что ка- Р- честно отливки плохое, на рис. 132 внизу видим достаточно крупные поры. В сварном шве (рис. 133) видны ~,"'а1льфм.-,г рпе 1 пс. 133. В сечении сварного шва, соодипп~ощего трубу с правой отлпввой, видны непровары (примерно в 1/3 величины) пепровары. По результатам анализа было сделано заключение о том, что низкое качество отливки и сварки послулеило причиной разрушения прицепного приспособления.
Эксперт ответчика признал полностью плохое качество отппвок и отчасти недостатки сварки. Но он утверкдал, что запасы, залогкеппые в конструкцию тягового приспособления, компенсируют любое снижение эффективной площади несущего сечения. Микроструктурное исследование не выявило изменений в форме зерен, что привело к мысли о разрушопии под действием внезапно прплоткенпой нагрузки. По мнению эксперта ответчик, сизовов оыл в аосолютно рабочем состоянии в момент съезда с автострады. Он полагал, что водитель двигался 214 слишком быстро, тем более, что дорожная полиция указывала па возможпое превышепие скорости, и тормоттееиие было слишком резким. Другими словами, опрокидывающие силы, возпикшие из-за неспособности водителя вписаться в кривую, с последующей потерей управлепия при внезаппом вклточеяии тормозов, уже действовали до того, как разрушалось прицеппое приспособление.
Для разрешепия противоречий в позициях экспертов было проведено дополпительпое изучение, Методами электропкой микроскопии была исследовапа болыпая часть поверхности разрушения в месте сварки: па рис. 134 дано увеличенное изображение части рис. 132, отмечеппой Рис. 134. Область повортностп рааруюспия сварпого птва, отмочен. пая стрелкой 1 яа рис. 132. Видим усталостпые бороздки„обраеовавьчиеся при продвпжепип фропта усталостпой трещипы.
Увели- чепие 20 тыс. раа стрелкой 1. Ясно видны параллельные бороздки усталости, показывающие продвижение фронта трещины за цикл кагружелия. На рис. 135 показан другой участок рис. 132, отмеченный стрелкой 2. Черные точки — зто продукты коррозии, что говорит о разрушении, начавшемся задолго до аварии. И, нанопец, па рис. 136 изображе- 215 на часть поверхности разрушения левой отливки, разрушившейся вслед за правой, Это типичное разрушение отрывом без каких-либо признаков усталости илп коррозии. Дополнительная экспертиза подтвердила позицию истца, который после трех дней судебных заседаний выиграл процесс и получил компенсацию, хотя и примерно Рис. 135.
Область поверхпости разрушония сварного пгва, отмеченная стрелкой 2 на рис. 132. Черные точки — продукты коррозии— говорят о том, что разрупгение началось задолго до аварии. Увели- чение 6 тыс. раз две трети из того, что требовал вначале, но вто ааслуга адвокатов ответчика, а не вина экспертов. Отмечу, что и в данном деле экспертиза ограничилась толыго фрактографическим анализом разрушенных деталей.
Безусловно, следы усталостного разрушения — это веский аргумент против изготовителя дефектного прицепа,но следовало бы экспертпзу дополнить расчетом критических размеров трегцпны, что могло бы представить дело несколько в другом свете. Допустим, могло обнару- 216 житься, что усталостпая трещина при обычном уровне нагрузок егце долго росла бы, не достигая опасного состояния, и была бы обнаружена при очередном ремонте, а в рассмотренной аварии произошел хрупкий долом от резкого повышения пагрузок. Так что для фрактографии, Рис. 136. Поверхности разрушения левой отливки представляют собой типичную поверхность хрупкого разрушении отрывом без признаков усталости или коррозии.
Увеличение 6 тыс. раз как и для перазрушающего контроля, механика разрушения может служить основой не только качественных, но и количественных суждений. В разобранных примерах причиной разрушений были производственные дефекты, но виноваты в авариях и реклама продукции, и обывательские представления о современной технологии, и масса других факторов.
Однако гарантией может слулгить только изготовление и продажа хорошо сконструированных, обоснованно рассчитанных и тщательно изготовленных ивделий при условии разумной 217 эксплуатации, контроля и ремонта. А такие безопасные изделия пе только реже ломаются и при авариях влекут за собой меньший ущерб, но и могут быть успешно за- щищены в зале суда. 5 32.
О полезных длн механики аналогиях, Механика разрушения и пробой диэлектриков Рис. 138. Электрическая цепь, поведеиие тока в которой аналогично поведению груза вмехакической системе,изображеипой иа рис. 137 Рис. 137, Мехапическая колебательная систома состоит из груза массы т, невесомой пружины жесткости с, а также вязкого элемента с коэффициентом трения Й, !/од действием гармонической силы Ро(1) она совершает вблизи положения равновесия малые колебания. Дифференциальное уравнение колебаний этой системы, записанное для скорости и движения массы т, имеет 218 Прежде чем познакомить читателя еще с одним сравнительно новым аспектом применения методов механики разрушения, указанном в заглавии, расскажем о некоторых аналогиях, возникающих при моделировании явлений природы.
Различные по своему физическому содержанию явления окружающего нас мира при их математической идеализации во многих случаях описываются уравнениями тонгдественной структуры. Это обстоятельство позволяет установить соответствие между величинами, характеризующими различные физические процессы. Обратимся к примерам. Чтобы сделать рассуждения более краткими, нам придется использовать некоторые дифференциальные уравнения, характеризугощие процесс, однако менее подготовлепныи читатель может пе вникать в суть формул, так как основное содержание аналогий будет понятно и так. На рис.
137, изобрая1ена механическая колебательная система, которая где от — частота колебаний. На рис. 138 изображена электрическая цепь, состоящая из последовательно включенной катушки индуктивности 1, конденсатора емкости Со и сопротивлепия Л. При подаче напряи«ения сГ(с)= ьГоз1пш1 колебания в цепи тока 1 описываются уравнением 1 — + Д1 + — 1 Й= П вша. лс .
1 г. лс С 3 о о Сравнивая уравнения (112) и (113), видим их полную аналогию. Это означает, что в рамках принятой идеализации реальных физических процессов различной природы мы можем составить некий «словарь» (см. таблицу 5), с помощью которого описание электрических колебаний можно свести к описанию механических колебаний и наоборот. Отмеченные аналоги носят название Таблица 5 Электрические колебания Меааническне колебания Индуктивность катушки Ь Величина, обратвал емкости колденсатора 1/Се Сопротивление К Сила тока с Масса тела ш Упругость дружины с Коэффкцвеат трения к Скорость тела и электромеханических аналогий и находят широкое применение при изучении колебаний сложных механических систем различных устройств, поскольку позволяют заме- пить изучение зачастую дорогостоящих механических систем электрическими цепями с дешевым набором конденсаторов, сопротивлений, катушек и провести при помощи доступных физических приборов типа осциллографов, вольтметров и т.
п. анализ соответствующей эквивалентной электрической цепи. Подобные обстоятельства побул дают исследователей устанавливать все новые и новые аналогии между явлениями, которые, па первый взгляд, ничего общего между собой не имерот. Например, что общего между валом, передающим вращательный момент от двигателя совре- Касательные нге папрян~ения, возпикагощие прн кручении стержпя, определяются через так называемую функцию напряжения бг, удовлетворнющую уравнению д»ГГ д»Гà — + —, = — 2. (И5) дх ду Если теперь положить 2 Ч (Иб) то уравнение (И4) преобразуется в уравнение (И5) и, таким образом, соотношение (Иб) устанавливает аналогию между мембраной и скручнваемым стержнем и является «ключевым» при составлении «словаря», подобного вышеприведенному. Таким образом, в тех случаях, когда теоретическое определение функции напряжения У для стержня со слон«ной формой поперечного сечения затруднительно, мембранная аналогия позволяет при помощи экспериментов определить прогибы и по ним судить о функции напряжений н напряжениях, возникающих в стержнях.
В качестве совершенной мембраны может быть взята мыльная пленка, в которой постоянная величина натянгения д обеспечивается силами поверхностного гйй менпого морского судна к его гребному винту, и мыльной пленкой? Более тщательный анализ этих различных объектов показывает, что в определенных условиях мыльная пленка может оказать инженеру неоценимую помощь прн проектировании пе только вала современного морского судна, но и многих других конструкций, которые в процессе эксплуатации подвергаются действию скручивающих нагрузок.
Предложенная в 1904 г. знаменитым немецким механиком Л. Прандтлем так называемая мембранная ана«егия, крайне полезная при изучении проблемы кручения призматических стержней сложного профиля, основана на тождественности математических уравнений, описывающих разные явления. Представим себе мембрану из однородного материала, натянутую на жесткий контур того же очертания, что и поперечное сечение скручиваемого стержня, и подвергнутую затем равномерному поперечному давлению интенсивности р, малому по сравнению с натяжением мембраны д. Прогиб и мембраны удовлетворяет уравнению д~и д»й р (И4) д» ду" Ч патия«ения. Мембранная аналогия с мыльными пленками неоднократно применялась для эксперимептальногорешения многих практически важных задач кручения, а в технику постановки этих экспериментов были внесены некоторые усовершенствования с целью повышения точности определения прогибов. Так, известная каждому с детства мыльная пленка из забавы превращается в руках инженера в изящный экспериментальный метод.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
