|
| |
|
Слаботочка Книги так как условия плоской деформации здесь могут быть реализованы полностью. В листовых металлах с толщиной выше определенного уровня, различного для каждого отдельного металла, несквозная трещина также может создавать условия для корректного определения /Сс в рамках линейной (упругой) механики разрушения, т. е. при напряжениях меньше а. При большей толщине оценку нечувствительности металла к концентрации напряжений также можно проводить по Кс/От При малых толщинах оценка по /Ссот. т. е. по силовому критерию, приведет к абсурду, так как при Окр > от значения Кс будут получаться тем меньше, чем тоньше металл. Чтобы сохранить единство подхода к оценке чувствительности листового металла любой толщины к концентрации напряжений как чувствительных к концентрации, так и нечувствительных материалов, следует при ар > от переходить к деформационному критерию механики разрушения Ур и давать оценку по отношению (Ур/р) (/я/2). При ар <; От оценку можно давать как по /Сс. так и по Ур, потому что результаты будут получаться одинаковыми. Вычисление У при а > производится по тем же формулам, что и К, но вместо среднего расчетного напряжения в ослабленном сечении образца берется средняя деформация ep, определение которой в частном случае при изгибе надрезанного с одной стороны образца может быть проведено по формуле (3.41). Имея металлы с разными свойствами (при этом могут быть представлены образцы разной толпщны), можно расположить их по критерию /Сс/т или (Ур/е.г)(]/я/2) в ряд нечувствительности к концентрации напряжений. В практическом плане следует, однако, иметь в виду, что один и тот же металл разной толщины будет иметь разную чувствительность к сквозной трещине, но может иметь одинаковую чувствительность к несквозной, трещине. В образцах с несквозной трещиной при одинаковой чувствительности и одинаковой относительной глубине трещины металл меньшей толщины будет разрушаться при больших напряжениях и больших деформациях, чем тот же металл большей толщины. Это отражает влияние толщины как конструктивного фактора, потому что на малой толщине невозможно иметь трещину более глубокую, чем толщина металла. В случае нетрещиноподобных дефектов самой разнообразной формы область нечувствительности металла к концентрации напряжений для конкретной толщины и конкретного сварного соединения Оценивают по среднему разрушающему напряжению. Если оно составляет не менее О.Эба, то соединение считается нечувствительным к концентрации напряжений при наличии данного концентратора. На рис. 3.42 показаны кривые изменения прочности сварных соединений с различной глубиной непровара при испытаниях их на растяжение. Если снижение прочности происходит прямо пропорционально уменьшению площади поперечного сечения соединения, т. е. арр остается примерно постоянным, а сни- жается по прямой (линии /), то такое сварное соединение условно считают нечувствительным к концентрации напряжений. Если снижение прочности происходит непропорционально изменению поперечного сечения (кривые 2), то такое соединение считают чувствительным к концентрации напряжений. Такой подход к оценке чувствительности сварных соединений к концентрации напряжений практикуется на базе аппарата теории концентрации напряжений. X 09Г2С, проволока 10MX, флюсАН itS о 30 Х ГС НА, флюс АН J, проволока 18 ХМ А ) miSHIBT, аргон, проВолока 12Х18И10Т <*СтЗ, флюс ОСЦ-иВ \/АМг 6j аргон, проВолока АМг В тАМг д.аргон проВолока АМг В шов с усилением  мепроВор 10 20 30 Ы 50 ВО 70 80 % Глубина непроВара Рис. 3 42 Зависимость прочности сварных соединений от глубины непровара Следует, однако, отметить, что постоянное или мало изменяющееся 0,р р еще не свидетельствует о том, что металл или сварное соединение никак не реагируют на изменение коэффициента концентрации напряжений. На рис. 3 43 кривая / показывает зависимость условного напряжения от деформации в гладком образце при статическом нагружении. При наличии небольшой концентрации напряжений зависимость среднего напряжения от средней деформации того же металла выразится кривой 2. В момент разрушения в точке Cj средние напряжения могут оказаться выше временного сопротивления, хотя средняя деформация ерр при этом будет существенно ниже, чем у гладкого образца. При увеличении концентрации напряжений (кривая 3) снижается не только средняя деформация, но и среднее разрушающее напряжение в точке Cg. Степень снижения среднего разрушающего напряжения будет зависеть в каждом конкретном случае от свойств материала и уровня концентрации напряжений.  Хотя дефекты и концентраторы в сварных соединениях многообразны, возможна их некоторая схематизация и унификация. Такие дефекты и концентраторы, как неправильной формы трещины, непровары, несплавления, шлаковые и окисные включения, цепочки близко расположенных пор, подрезы, царапины, места перехода от наплавленного металла к основному, вытянутые в длину и расположенные своим большим размером и средней плоскостью перпендикулярно силовому потоку, могут быть сведены к некоторой эквивалентной длине трещины g [см. формулу (3.35)], если допустить возможность образования в острие дефекта трещины небольшой длины А/, порядка десятых долей миллиметра. Микроскопические исследования показывают, что во многих случаях, хотя далеко не всегда, эти концентраторы действительно содержат короткие трещинки. Методы расчетной оценки работоспособности сварных соединений и конструкций в присутствии трещины интенсивно разрабатываются и совершенствуются. Оценка работоспособности конструкций в присутствии трещины или острого концентратора сводится к определению ряда коэффициентов запаса и сравнению их с предельно допустимыми. Числовые значения коэффициентов запаса устанавливаются отраслевыми документами, например рекомендательными техническими материалами ЦНИИТмаша. В расчетах могут использоваться коэффициент запаса по прочности (по среднему разрушающему напряжению) = Oc.p/o; коэффициент запаса по пластичности (по средней разрушающей деформации) Пе = е(.р p/e; коэффициент запаса по критическому размеру дефекта щ = ?кр/4; коэффициент запаса по критическому числу циклов нагружения п = Лкр/Лэ; коэффициенты запаса по тре-щиностойкости, устанавливаемые по коэффициенту интенсивности напряжений - пд: = К/Кэ и по коэффициенту интенсивности деформаций - Пу = V/V. В указанных выше соотношениях: Од, - максимальные средние напряжения и деформации в расчетном сечении в период эксплуатации изделия или при его испытании; /«р - критический размер дефекта (трещины), вызывающий разрушение при а = о; 4 - фактический размер дефекта (трещины) в изделии, который в процессе эксплуатации может изменяться от начального размера 4.,, до конечного 4. за счет своего подрастания при циклических нагрузках с числом циклов в период эксплуатации Л; Лкр - число циклов нагрузок, вызывающих подрастание трещины до кри- Рис. 3.43. Зависимость средних напряжений от средних деформаций при растяжении образцов с различной степенью концентрации напряжений 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [42] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |