книги / Практическое применение механики разрушения для оценки прочности конструкций

ные испытания [3 2 ] по следующей схеме. Вырезанная из листа квад­ ратная пластина с наплавкой, на которой нанесен надрез, помещается на массивное кольцо и деформируется до разрушения рядом последова­ тельных взрывов заряда определенной величины на заранее заданном расстоянии от пластины при различных температурах. Характерные ре­ зультаты испытаний приведены на рис. 11 . Относительная оценка ра­ боты разрушения производится по числу взрывов, необходимых для раз­ рушения образца, и появлению все более хрупкого характера разруше­ ния. Анализ этих испытаний дает возможность определить две харак»- терные точки: во-первых, наиболее высокую температуру, при которой трещина развивается в упругодеформированную часть пластины, назы­ ваемую переходом к разрушению в упругой стадии деформирования (ПРУ); во-вторых, наиболее низкую температуру, при которой трещина останавливается в пластически деформированном металле, называемую переходом к разрушению в пластической стадии деформирования (ПРП), Использование этого метода полезно также и потому, что пластина при испытаниях находится в растянутой зоне в условиях двухосного напря­ женного состояния, а большинство разрушений листового материала в эксплуатации происходит именно в таких условиях.

Температурные критерии ТНП, ПРУ и ПРП находят широкое приме­ нение при построении диаграммы анализа разрушения Пеллини - Пьюзака [32] , которая показывает зависимость приложенных разрушающих

.напряжений от температуры в сосудах с различными размерами дефектов.

3. Типовые конструкционные испытания

Накопление сравнительных опытных данных, полученных при испыта­ ниях на ударную вязкость, а также других типов образцов небольших сечений и специальных лабораторных образцов, способствовало разра­ ботке рекомендаций по предотвращению аварий находящихся в эксплуа­ тации судов и других конструкций. Однако эти рекомендации становят­ ся малонадежными при использовании их для вновь применяемых мате­ риалов, новых конструкций, методов производства и других условий работы сооружений. Создание новых надежных конструкций не должно

Отсутствие корреляционных зависимостей между поведением мате­ риалов в конструкциях и при испытаниях образцов малых сечений при­ вело к необходимости разработки ряда типовых испытаний, предназна­ ченных для определения характеристик сопротивления материала хруп­ кому разрушению в конкретных условиях эксплуатации.

Предложено несколько методов оценки механизма хрупких разруше­ ний по установлению условий остановки хрупкой трещины [1 2 -1 4 ] * Общая особенность большинства таких методов заключается в том, что пластина находится в условиях растяжения, а трещина распространяет­ ся от одного конца образца к другому перпендикулярно направлению максимального главного напряжения [12] , как это видно на рис. 12 .

осуществляется в направлении сварного шва. По испытаниям плит в определенном интервале температур находится изменение разрушаю­ щих напряжений, которые связываются с изменением обшей деформа­

близкие механические свойства и переходные температуры хрупкости, определенные как по конкретному значению ударной вязкости, так и по виду излома на образцах Шарли с У-образным надрезом. На этом же рисунке для сравнения приведены результаты испытаний по мето­ ду Робертсона.

Результаты испытаний широких плит существенно отличаются для двух толщин. Так, в состоянии отпуска после сварки, применяемого для снятия напряжений, полная пластическая деформация к моменту

были прекращены, когда пластическое удлинение плит достигло 7 1 - 76 мм. Кроме того, в некоторых нетерм©обработанных плитах толщи­ ной 75 мм обнаружена ранняя стадия частичного разрушения и пер­ вичная трещина в околошовной зоне увеличивалась при небольшом при­ ложенном напряжении, но затем в процессе нагружения развитие ее приостанавливалось. Окончательно разрушились такие образцы при бо­ лее низких напряжениях, чем образцы без частичных разрушений. Ука­

толщиной 7 5 мм отмечено также влияние расположения дефектов. Об­ щая пластическая деформация и разрушающие напряжения были мень­ ше, если дефекты располагались вблизи поверхности образцов.

Полезность испытаний широких плит заключается в наглядном по­ казе положительного влияния снятия напряжений в результате как уменьшения внутренних напряжений, так и улучшения металлургичес­ ких условий в области надрезов, деформированных в процессе сварки. Таким образом, следует полагать, что указанные испытания близко воспроизводят практические условия работы конструкции, содержащей технологические дефекты, о чем свидетельствует их широкое исполь­ зование, например для сдаточных испытаний.

Секция материалов нефтяных компаний Англии рекомендовала при­ нять методику испытаний широких плит для оценки надежности предо­ хранительных оболочек корпусов реакторов. При этом минимально допустимая температура использования данной серии материалов и ее изменение в зависимости от толщины листа определяются по разру­ шению при усредненной общей деформации плиты не менее 0,5%, ко­ торая принята по величине возможной деформации в качественно из­ готовленных отверстиях в условиях пробных испытаний избыточным давлением.

Результаты испытаний широких плит скоррелированы с результа­ тами ударных испытаний образцов Шарли с V-о б разным надрезом, чтобы получить опытные зависимости, устанавливающие связь мини­

Р и с. 18. Зависимость минимально допустимых эксплуатационных тем­ ператур от толщины плиты для не— термообработанных сосудов давле­ ния (а) и термообработанных с целью снятия внутренних напряже­ ний (б). Опытные точки соотбетст^- вуют разрушению при 0,5% общей деформации широких плит Уэллса из стали с йн ~ 3 ,5 кГм/см^ на образцах Шарли

Характеристики возникновения начала разрушения в широких плас­ тинах с глубокими боковыми над­ резами либо по основному металлу, либо в области поперечного сварно­ го шва получены Икеда и Кихара

[37]Форма разработанного Кихара

тины. Указанные образцы использованы для определения влияния дли­ ны и глубины трещин, теплового режима при сварке, остаточных сва­ рочных напряжений и предварительной пластической деформации на температуру возникновения начала хрупкого разрушения в основном металле, в зоне термического влияния и в наплавленном металле.

рис. 20,а видно, что в условиях дуговой сварки под слоем флюса с тепловым режимом 3 5 0 0 или 5 8 0 0 дж/мм сталь НТ80 охрупчивает-

ное влияние остаточных сварочных напряжений на повышение темпера­ туры начала хрупкого разрушения сталей с пределами прочности от 60 до 1 0 0 к Г / м м к о т о р о е может достигать нескольких десятков градусов. Кроме того, показано, что предварительная пластическая деформация в пределах 2%, которая возможна в процессе изготовле­ ния сосудов давления, повышает температуру начала хрупкого разру­

ты сваривали под небольшим углом к плоскости растяжения, что поз­ волило получить хрупкое разрушение вдоль сварного соединения в зоне сплавления при напряжениях меньше предела текучести даже без меха­ нических надрезов.

Как видно, типовые конструкционные испытания представляют зна­ чительный интерес. Однако для их проведения необходимо иметь мощ­ ные испытательные установки. Так, испытания широких плит прово­

неоднократные попытки найти корреляционную связь результатов таких испытаний с данными по ударной вязкости. Обработка данных по ряду испытаний показала, что связь между типовыми конструкцион­ ными испытаниями и испытаниями стандартных образцов на ударную вязкость имеется, но она довольно произвольна. Тем не менее связь между ударными испытаниями стандартных образцов и испытаниями на двойное растяжение послужила основой для японского стандарта

общества инженеров-сварщиков, а изложенная выше зависимость меж­ ду испытаниями широких сварных плит и испытаниями по Шарли для ряда сталей привела к разработке специального английского стандарта BS2654 в 1 9 6 8 г. [52].