Большая техническая энциклопедия
2 3 8 9
U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ВА ВД ВЕ ВЗ ВИ ВК ВЛ ВМ ВН ВО ВР ВС ВТ ВХ ВЫ ВЯ

Вязкая трещина

 
Вязкие трещины имеют, как правило, внутризеренный характер распространения. Вязкая трещина ориентирована либо нормально к направлению действия растягивающих напряжений, либо совпадает с направлением действия касательных напряжений.
Рост вязкой трещины путем образования и разрыва внутренних шеек между включениями ( а не карбидными частицами) показан на рис. 116, а. Сканирующая электронная микроскопия изломов позволяет определить расстояние между лунками на плоской проекции поверхности излома, которое в случае рис. 116 составляет около 0 02 мм. Предполагая, что по достижении этого расстояния между лунками начинается образование внутренних шеек между включениями, можно оценить равномерную и сосредоточенную компоненты общей деформации разрушения. Равномерная компонента представляет собой деформацию, необходимую для сближения включений ( на расстояние 2 - 3 диаметров частиц) и начала процесса образования шеек, который и определяет сосредоточенную компоненту деформации. В образцах с предварительно нанесенной трещиной могут встретиться два крайних случая.
Вид трещины и схекы разрушения ( сечение перпендикулярно по. верхности излома. а - хрупкое. б - вязкое.| Дислокационные модели зарождения микротрещин. а - модель Зинера-Стро. б - модель Коттрелла. Скорость распространения вязкой трещины значительно ниже и определяется скоростью нарастания напряжений.
Поэтому моделирование роста вязкой трещины заключается в поддержании у вершины движущейся трещины постоянного НДС, при котором в ближайшем к вершине трещины структурном элементе реализуется элементарный акт разрушения. Указанное моделирование можно реализовать с помощью так называемого Г - интеграла, применение которого является реальной альтернативой концепции / л-кривых. Такая процедура позволяет практически исключить при интегрировании область разгрузки и рассматривать только зону, в которой материал монотонно нагружается. Поэтому Г - интеграл однозначно контролирует НДС у вершины движущейся трещины как при квазистатическом, так и при динамическом нагруже-ниях. Это уравнение позволяет прогнозировать предельную несущую способность конструкции по критерию нестабильного роста трещины при вязком разрушении, а также описывать развитие трещины при динамическом на-гружении.
По мере распространения вязкой трещины от очага разрушения рв в ее вершине снижается вследствие декомпрессии газа.
Зависимости / А. Поэтому численное моделирование развития вязкой трещины проводилось при соблюдении автомодельности локального НДС у ее вершины, которое обеспечивалось путем подбора соответствующей внешней нагрузки. Зависимости om ( eP), полученные в результате расчета для произвольных двух точек, нагружаемых по мере продвижения к ним вершины трещины, представлены на рис. 4.25. Видно, что для этих точек указанные зависимости практически идентичны, что говорит о правильности предположения об автомодельности НДС при росте трещины.
Зависимость, описывающая условия возникновения вязких трещин в трубах, предложена и опубликована в 1971 г. У. Гипотеза взаимосвязи прочностных и вязких свойств трубных сталей графически представляется в координатах: по горизонтальной оси - нормализованный параметр вязкости Cv max. В настоящей работе применительно к трубным сталям с пределом текучести 44 - 54 кгс / мм2 проанализированы три значения ударной вязкости по Шарли при температуре верхнего плато: 6, 9 и 15 кгс-м / см2 - и три значения исходной полудлины трещины: 100, 150 и 200 мм.
Для низкотемпературных условий испытания распространение вязких трещин по границам зерен относительно редко. Как правило, это наблюдается в материалах со структурой, характеризующейся относительно низкой плотностью частиц второй фазы, но имеющих по границам повышенную плотность распределения этих частиц.
В общем случае работа зарождения вязкой трещины связана с предварительной пластической деформацией образца. Зарождение вязких трещин в зоне 1а происходит по механизму сдвига вдоль полос скольжения в пределах пластической зоны у вершины трещины. По существу, 1 а представляет зону зарождения трещины, в которой разрушение сначала возникает на некотором расстоянии от основания надреза.
Изменение вязкости разрушения К1с ( Кс ( а и доли волокна в. Согласно [17], работа распространения вязкой трещины КСр связана с истинным разрушающим напряжением Sk соотношением: КСр ftSkAB, где Лв - размер элементарной вязкой микротрещины ( ямки); k - коэффициент пропорциональности, зависящий от условия проведения испытания. Увеличение числа центров инициирования ямок приводит к уменьшению размера ямок.
Вязкость разрушения характеризует сопротивление материала распространению вязкой трещины.
Зависимость приведенной работы зарождения вязкой трещины.
По данным [42] величина работы зарождения вязкой трещины в диапазоне температур вязко-хрупкого перехода постоянна. Линейный тип связи между ударной вязкостью и долей волокна в изломе стандартных образцов позволяет определить работу распространения вязкой трещины.
Влияние относительного уровня испытательной перегрузки на циклическую долговечность стальной оболочки трубопроводов в области локального дефекта. Так как пластическая деформация в вершине вязкой трещины полностью релаксирует концентрацию напряжений, дальнейший процесс распространения вязкой трещины в металле возможен лишь при воздействии внешнего силового импульса. Этот силовой импульс ( любого происхождения) может вызвать мгновенный рост сквозной трещины. При этом, если в трубопроводе транспортируется газ, аккумулирующий в себе огромную потенциальную энергию, то он с огромной скоростью вырывается в атмосферу, производя при этом лавинообразное разрушение стальной оболочки в продольном направлении.
Уровень плато характеризует величину работы зарождения вязкой трещины сдвигового типа.
Известно несколько моделей, объясняющих механизм зарождения вязкой трещины.
Показано, что разрушение сколом начинается от вязких трещин критической длины, которые образуются путем слияния микропустот в теле ферритных зерен.
Как следует из расчета [890], рост относительно больших вязких трещин, когда их размеры намного превзойдут первоначальные размеры исходных трещин, происходит с ускорением.
Лвт - удельная энергия, затраченная на образование вязких трещин; Лхт - удельная энергия, затраченная на образование хрупких трещин.
Изменение микротвердости ( а и образование текстуры ( б поверхностного слон образца при угле атаки а45. Следовательно, гфи угле атаки 45 создаются благоприятные условия развития вязкой трещины, так как направление силы, с которой абразивная частица воздействует на изнашиваемую поверхность, совпадает с направлением развития трещины.
Они показали ( рис. 12), что на распространение вязкой трещины в многослойных образцах затрачивается большая энергия, чем в образцах монолитного сечения. При этом вид разрушения в этих образцах одинаков - изломы располагались под углом 45 к поверхности листов.
Зависимость требуемой ударной вязкости С mnx от размеров трубы и предела текучести стали ( l / Rt-225. Af2 67. т / а 0 324. В исследованиях Британского газового совета ( БГС) [71, 73] постоянная скорость распространения вязких трещин в газопроводах также сопоставляется с уровнем вязкости металла труб, но в их модели прямо не участвует эффективная длина трещины. Энергия разрушения газопровода, согласно исследованиям, прямо пропорциональна поглощенной энергии при температуре верхнего плато на образцах типа Шарли и квадратному корню из толщины образца.
Кривая декомпрессии при различных скоростях разрушения.| Влияние скорости трещины на давление в вершине трещины. Напряжение определено расчетом из данных изменения давления в вершине трещины в зависимости от скорости вязкой трещины. При этом не учитывается овальность трубы в вершине трещины, возникающая на расстоянии около двух диаметров впереди вершины.

Ударная вязкость является интегральной характеристикой, содержащей работу зарождения трещины ( аа) и работу распространения вязкой трещины ( яр): а - аэ - - ар.
Изменение механизма разрушения низкоуглеродистой стали от вязкого к сколу с ростом трещины при комнатной температуре, Х42. Однако испытания с контролем по смещению, проведенные Смитом [14], показали, что наблюдается замедление вязкой трещины на начальных стадиях, потому что продвижение центрального участка трещины в условиях плоской деформации ограничено необходимостью высоких смещений вершины трещины перед тем, как произойдет разрушение боковых перемычек ( губ среза) ( см. гл.
Сосредоточенное сужение / к - запас пластичности после локализации течения; оно косвенно характеризует сопротивление развитию вязкой трещины.
Изменение механизма разрушения низкоуглеродистой стали от вязкого к сколу с ростом трещины при комнатной температуре, Х42. Однако испытания с контролем по смещению, проведенные Смитом [14], показали, что наблюдается замедление вязкой трещины на начальных стадиях, потому что продвижение центрального участка трещины в условиях плоской деформации ограничено необходимостью высоких смещений вершины трещины перед тем, как произойдет разрушение боковых перемычек ( губ среза) ( см. гл.
Так как пластическая деформация в вершине вязкой трещины полностью релаксирует концентрацию напряжений, дальнейший процесс распространения вязкой трещины в металле возможен лишь при воздействии внешнего силового импульса. Этот силовой импульс ( любого происхождения) может вызвать мгновенный рост сквозной трещины. При этом, если в трубопроводе транспортируется газ, аккумулирующий в себе огромную потенциальную энергию, то он с огромной скоростью вырывается в атмосферу, производя при этом лавинообразное разрушение стальной оболочки в продольном направлении.
Ударная вязкость является интегральной характеристикой, содержащей работу зарождения трещины ( а3) и работу распространения вязкой трещины ( йр): а - аэ - - яр.
Приведенные данные говорят о том, что при объеме воздуха в трубе более 70 % скорость распространения вязкой трещины изменяется несущественно.
Вязкое разрушение сопровождается интенсивной пластической деформацией, развитыми процессами скольжения и двой-никования; фронт вязкого разрушения ( или вязкая трещина) распространяется со скоростью, зависящей от условий нагружения, и требует для своего развития значительных затрат энергии.
В результате пластического деформирования труб при экспандировании в зоне сварного соединения существенно снижается вязкость разрушения стали на стадии зарождения вязкой трещины и перехода ее в нестабильное состояние.
Концентрация напряжений вблизи эллиптической трещины.| Зависимость напряжения от расстояния до вершины трещины. Значение К с зависит от степени пластической деформации у вершины трещины ( ее затуплении) и характеризует сопротивление развитию вязкой трещины. По этой причине критерий К с называют вязкостью разрушения.
Применение уравнения, описывающего условия зарождения вязких трещин, к трубам, испытанным на полигоне ВНИИСТа. Кроме предотвращения хрупкого разрушения при применении материалов с температурой пластично-хрупкого перехода, соизмеримой с температурой эксплуатации, нужно учитывать и условия остановки распространяющихся вязких трещин. Условия, отвечающие за возникновение трещины, пригодны для расчета нефтепроводов и не позволяют избежать протяженных разрушений магистральных газопроводов. Любая трещина, возникшая из-за случайного повреждения, может развиться и вызвать значительные разрушения вследствие большой упругой энергии газопровода. Зарождение трещин в конструкциях считается неизбежным. При распространении трещины непрерывно изменяется схема нагружения из-за выброса транспортируемой среды. И неясно, что считать за длину трещины в понимании линейной механики. Поэтому необходимо знать условия, гарантирующие отсутствие таких разрушений.

В противоположность большому объему теоретических и экспериментальных работ по хрупкому разрушению сколом образцов с надрезами, относительно мало работ по изучению условий возникновения вязких трещин. Общая картина вязкого разрушения обычно включает образование пор вокруг включений или частиц второй фазы с последующим их ростом в продольном и поперечном направлениях до полного слияния при увеличении нагрузки. На эту стадию роста пор может влиять гидростатическая компонента напряжения, так как поперечные главные растягивающие напряжения облегчают рост пор.
В противоположность большому объему теоретических и экспериментальных работ по хрупкому разрушению сколом образ-цов с надрезами, относительно мало работ по изучению условий возникновения вязких трещин. Общая картина вязкого разрушения обычно включает образование пор вокруг включений или частиц второй фазы с последующим их ростом в продольном и поперечном направлениях до полного слияния при увеличении нагрузки. На эту стадию роста пор может влиять гидростатическая компонента напряжения, так как поперечные главные растягивающие напряжения облегчают рост пор.
Работа КС в случае смешанного излома ( кристалличность волокнистость) определяется как КС КСр - В, где КС - удельная работа распространения вязкой трещины; В - доля волокна в изломе. Отсюда следует, что при KCg const должна наблюдаться линейная связь между КС и В. Постоянство значений КС3 в широком диапазоне температур наблюдается экспериментально. На рис. 3.10 представлена зависимость работы зарождения трещины ( нормированной на величину ее при полностью вязком разрушении КС3 / КС3100 %) от доли вязкой составляющей в изломе.
5&, м2: а / С / 50 ( КС / С / 50), Ударная вязкость является интегральной характеристикой, содержащей работу зарождения трещины ( as) и работу распространения вязкой трещины ( ар): ан а3 ар.
Попытка более точного вычисления деформации разрушения сделана в работе [62] на модели, подобной предшествующей, в которой вязкое разрушение связано с возникновением пор по поверхностям раздела частиц и матрицы и их дальнейшим слиянием с образованием вязкой трещины. Условие разрушения наступает в том случае, когда размер поры вырастает до длины, равной половине расстояния между порами, если принять в качестве расчетных средние размеры пор и расстояний между ними.
Согласно результатам исследования [111], заметное повышение температуры вязко-хрупкого перехода стали 15Х2МФА - А под воздействием водорода при повышенной температуре и давлении водорода, вследствие ослабления границ зерен, частично компенсируется понижением температуры вязко-хрупкого перехода из-за увеличения работы распространения вязкой трещины.
Напомним читателю, что сгв - предел прочности - характеризует прочность стали стт при феррито-перлитной структуре 0 5 - 0 6 от тв, a TSO - порог хладноломкости - соответствует температуре, когда в изломе образца 50 % вязкой составляющей, а ар - работа распространения вязкой трещины, численно равная ударной вязкости образца с трещиной. Первое ( Т 0) характеризует сопротивление стали хрупкому разрушению, а второе ( ар) - вязкому разрушению.
Напомним читателю, что ая - предел прочности - характеризует прочность стали аг при феррито-перлитной структуре 0 5 - 0 6 от юга, a T o - порог хладноломкости - соответствует температуре, когда в изломе образца 50 % вязкой составляющей, а ар - работа распространения вязкой трещины, численно равная ударной вязкости образца с трещиной. Первое ( Ти) характеризует сопротивление стали хрупкому разрушению, а второе ( ар) - вязкому разрушению.
Электронно-микроскопические исследования начальной стадии вязкого разрушения технически чистых алюминия, меди, никеля и а-железа в условиях активного растяжения при комнатной температуре показали, что субмикроскопические трещины ( шириной 80 - 500 А и длиной до 5 мкм) зарождаются в полосах скольжения при относительно малой макроскопической деформации, равной ( 0 15 - 4 - 0 3) ър, где ер-равномерное удлинение. Вязкие трещины зарождаются при напряжениях выше предела текучести.
Вязкие трещины имеют, как правило, внутризеренный характер распространения. Вязкая трещина ориентирована либо нормально к направлению действия растягивающих напряжений, либо совпадает с направлением действия касательных напряжений.
Характеристики сопротивления распространению разрушений для металла зоны термического влияния при натурных испытаниях труб, несмотря на различные значения KCV - is и Лр ( - 15 С), практически одинаковы во всех вариантах. Скорость вязкой трещины при распространении по зоне термического влияния изменяется в пределах 150 - 175 м / с; максимальное значение пластического раскрытия 23 - 29 мм, а температура перехода Г80 ниже - 70 С. Таким же сопротивлением распространению разрушений обладает и основной металл. Исключение составляет значение Тт 2 С для металла зоны термического влияния трубы третьего варианта сварки. Следовательно, значения Л3 ( - 15 С) в пределах 0 64 - 0 74 кДж и Лр ( - 15 С) в пределах 0 1 - 1 2 - кДж обеспечили одинаковое с основным металлом сопротивление разрушению зоны термического влияния.
Сечение растущей вязкой трещины, иллюстрирующее образование пор вокруг включений, но не вокруг перлита, X 240 ( а и излом с порами вокруг включений, X 800 ( б. Рост вязкой трещины путем образования и разрыва внутренних шеек между включениями ( а не карбидными частицами) показан на рис. 116, а. Сканирующая электронная микроскопия изломов позволяет определить расстояние между лунками на плоской проекции поверхности излома, которое в случае рис. 116 составляет около 0 02 мм. Предполагая, что по достижении этого расстояния между лунками начинается образование внутренних шеек между включениями, можно оценить равномерную и сосредоточенную компоненты общей деформации разрушения. Равномерная компонента представляет собой деформацию, необходимую для сближения включений ( на расстояние 2 - 3 диаметров частиц) и начала процесса образования шеек, который и определяет сосредоточенную компоненту деформации. В образцах с предварительно нанесенной трещиной могут встретиться два крайних случая.
В общем случае работа зарождения вязкой трещины связана с предварительной пластической деформацией образца. Зарождение вязких трещин в зоне 1а происходит по механизму сдвига вдоль полос скольжения в пределах пластической зоны у вершины трещины. По существу, 1 а представляет зону зарождения трещины, в которой разрушение сначала возникает на некотором расстоянии от основания надреза.
Усложняется топография поверхностей: наряду с сохранением вязкого характера процесса появляются макроскопические признаки хрупкого разрушения. На определенной стадии развития вязкая трещина переходит в вязкий скол ( квазискол; ориентировка поверхности разрушения к оси образца при этом близка к нормальной. В сечении образца четко просматриваются две зоны ( рис. 66, /, б, в), которые отличаются степенью развития рельефа, определяемого пластической деформацией, и соответствуют квазисколу и вязкому разрушению.

Возникающие в эксплуатации аварийные изломы, как правило, не относятся к пластичным. Это объясняется относительно медленным развитием вязкой трещины, и поэтому если она возникает в работающей детали, то обычно заблаговременно обнаруживается, или же деталь выходит из строя вследствие чрезмерной пластической деформации еще до полного разрушения.
Изменение кристаллической составляющей в изломе ( В %, Рр, Pqy и РТ от температуры испытания при ударном нагружении. Соотношения между параметрами, определяемыми при испытаниях на удар. 1 и 2 - соответственно нижнее и верхнее плато. 3 - зарождение вязкого разрушения. Величина превышения определяется условиями роста вязкой трещины и критерием перехода разрушения от вязкого к хрупкому.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2019
словарь online
электро бритва
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11