Файл: Быков В.А. Пластичность, прочность и разрушение металлических судостроительных материалов.pdf

Иногда детали с ограниченным ресурсом, эксплуатируемые под действием сравнительно высоких переменных напряжений, рассчи­ тываются на долговечность по предельному числу циклов. Пред­ положим, что задано стационарное напряжение о, превышающее предел выносливости и предельное число циклов до разрушения N. Из-за более заметного рассеяния предельной долговечности по сравнению с предельным циклическим напряжением, коэффициент запаса по долговечности kR рекомендуется назначать выше, чем коэф­ фициент запаса прочности k. Можцо руководствоваться зависи­

тельного разброса экспериментальных данных по усталости коэф­ фициент запаса по долговечности кл для осторожного расчета дости­ гает 20. При требуемом сроке эксплуатации детали в течение п циклов условие долговечности представится неравенством kRn йс; N.

В случае нестационарного режима нагружения детали при задан­ ных уровнях эксплуатационных напряжений alt о2, а3 . . . можно за меру повреждения принимать соответствующие циклические пробеги п4, п 2, п3 . . . , отнесенные к числам циклов до разруше­

маем, что каждая из них свидетельствует о накоплении усталостного повреждения в связи с циклическим действием напряжений. При нескольких уровнях напряжений и их многократном чередовании в случайной последовательности, для практических расчетов удовле­ творительный результат дает линейное суммирование накопленных повреждений. На основании изложенного условие долговечности

Пример 4. Пусть деталь работает при нестационарном режиме нагружения. Уровни эксплуатационных напряжений, эксплуатационные циклические про­ беги п и предельные долговечности N заданы:

При коэффициенте запаса йд = 20 проверить запас усталостной долговечности.

= 20(10-2+ 0,7.10-2+ 1,5.10-2+ 1,25-10~2) = 0,89 < 1.

Это означает, что условие долговечности удовлетворяется.

207

В общем случае нестационарная напряженность представляется не отдельными уровнями напряжений, а вероятностным распреде­ лением, которое описывается аналитически. Сведения о распреде­ лениях эксплуатационных нагрузок и вызываемых ими напряжениях для конструкций разного назначения указываются в специальной литературе. Аналитические решения, проведенные с целью уста­ новления предельных долговечностей судовых конструкций и, в част­ ности, сроков их надежной эксплуатации, рассмотрены В. В. Екимовым и другими авторами [28], [37], [45].

§ 50

Меры предупреждения повреждений конструкций, эксплуатируемых при действии напряжений

Существующие представления о пластичности, прочности и раз­ рушении металлических конструкционных материалов имеют важ­ ное значение для обоснованного принятия инженерных решений в такой важной для техники области, как проектирование. Цель проектирования состоит прежде всего в принципиальной разработке конструкции определенного назначения, например сооружения, транспортного средства, машины, технологического оборудования. Проектированием предусматривается возможность постройки и из­ готовления конструкции без повреждений от технологических воз­ действий. При проектировании назначаются эффективные пробные испытания узлов конструкции под нагрузкой. Пробная нагрузка должна быть достаточной для выявления дефектов и получения га­ рантии безаварийной эксплуатации. Но она не должна быть чрез­ мерной, во избежание неоправданных повреждений деталей. По­ строенная и эксплуатируемая конструкция должна обладать надеж­ ностью и долговечностью, а также живучестью, т. е. способностью

ный и другие виды поверхностного износа деталей. Иногда долго­ вечность, заложенная в конструкции, не реализуется полностью. Это бывает при допущенном просчете в оценке как физико-хими­ ческих свойств среды в условиях эксплуатации, так и силовых и температурных воздействий. Предельные состояния, характери­ зуемые потерей устойчивости сжатых элементов в связи с их не­ достаточной жесткостью, не рассмотрены; эти вопросы достаточно самостоятельны и описаны в работах авторитетных специалистов

вэтой области [54].

Вначальной стадии проектирования обычно рассматривается

вопрос о материалах для деталей конструкции. Материалы выби­ раются с учетом габарита и веса конструкции, а также экономиче­ ских соображений в соответствии с требованиями к прочности и пластичности, во избежание трещинообразования. В зависимости от условий эксплуатации и ответственности конструкции назна­ чается экспериментальная проверка прочности и способности ма­

210

териалов деформироваться пластически согласно существующим и вновь разработанным техническим условиям.

Весьма трудоемким и продолжительным этапом проектирова­ ния оказывается конструктивная разработка деталей, узлов и объекта в целом. На этом этапе оптимальные результаты определяются на основе максимального использования аналитических решений, учета рекомендаций по совершенствованию геометрических форм узлов

идеталей, использования опыта постройки и эксплуатации пред­ шествующих аналогичных конструкций. Большое значение для рационального конструирования имеют натурные испытания де­ талей и узлов конструкций под нагрузкой с доведением их до нераз­ рушающего и разрушающего повреждения. Плохое, недостаточно продуманное проектирование, принятие неудовлетворительных кон­ структивных форм узлов, пренебрежение в проекте к вопросам тех­ нологии оказываются преимущественной причиной неразрушающих

иразрушающих повреждений конструкций и их деталей в случае перенапряжения и неблагоприятных физико-химических условий эксплуатации. В ранее рассмотренных примерах аварий кораблей, рыбопромысловых и других судов причиной аварий оказывалось главным образом плохое проектирование, в результате чего кон­

структивные формы узлов оказывались неудовлетворительными, а материал не подвергался своевременной проверке перед его исполь­ зованием. В указанных случаях нет достаточных оснований упре­ кать специалистов в неосведомленности по методам расчета проч­ ности с применением математического анализа или в допущенных расчетных ошибках. Однако приведенные соображения не проти­ вопоставляют задач конструирования и расчетов. Совмещение этих задач заостряет внимание специалистов на тех предельных состоя­ ниях, которые надо предупредить во избежание неожиданных ава­ рий при неблагоприятных условиях эксплуатации. Совершенствуя расчеты на прочность и охватывая ими все возможные предельные состояния, можно существенно усилить их эффективность как сред­ ства повышения надежности конструкций.

Характеристики предельных состояний напряженных деталей, создающих угрозу безаварийной эксплуатации конструкций под нагрузкой, а также условия прочности представляются соответ­ ствующей схемой (рис. 134).

Заключение

Автор надеется, что его работа будет содей­ ствовать повышению эффективности разработок конструкций, удо­ влетворяющих требованиям надежности в течение заданного срока эксплуатации при разных условиях.

УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ

6.Б у б н о в И. Г. Дополнение к курсу строительной механики корабля. Под ред. П. Ф. Папковича. ЛПИ, 1930.

7.Б ы к о в В. А. Сопротивление конструкционной стали внецентренному ра­

пряжений при переменном нагружении. — Труды ЛКИ, 1972, вып. 75, стр. 21—26.

разрушении палуб рыбоперерабатывающей базы «Спасск»— В кн.: Строительная механика корабля, вып. 74. (НТО Судостроения). Л., 1966, стр. 242—246.

12.Б ы к о в В. А., Р а з о в И. А., X у д о ж н и к о в а Л. Ф. Циклическая прочность судокорпусных сталей. Л., «Судостроение», 1968.

13.В а к о р и н В. О. Влияние концентраторов напряжений на коррозионно­

работающих при низких температурах. — «Вестник машиностроения», 1970, № 11,

розионно-механической прочности металлов. — Труды ЦНИИМФ, 1959, вып. 22. 20. Г л и к м а н Л. А., Ш е х о в ц е в Е. Д. Об изменении хрупкой прочности стали при циклической пластической деформации. — В кн.: Физика металлов и ме­

талловедение, 1966, т. 21, вып. 4, стр. 568—574.

212