Файл: Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению.pdf

В соответствии с изложенным запасы прочно­ сти (по критическим температурам AT и по разру­ шающим напряжениям пкр) находят (рис. 56) с использованием следующих основных характери-

мых по критическим значениям коэффициентов ин­

179

хрупкие разрушения, а также данные об изменении пределов текучести, пределов прочности, истинного сопротивления разрыву и относительного сужения площади поперечного сечения стандартных лабора­

(3.7) номинальных разрушающих напряжений для заданной температуры в интервале между первой и второй критической. По полученному разрушаю­ щему напряжению находят коэффициент запаса прочности пкр по формуле (3.13) в квазихрупком состоянии. Сопротивление хрупкому разрушению определяют по критическим значениям коэффици­ ентов интенсивности напряжений (раскрытия тре­ щины или энергии распространения трещин) по зависимостям типа (1.113), (1.131), (1.134). Ко­ эффициенты интенсивности напряжений в закри-

180

тической области (при температурах ниже второй критической) вычисляют по формулам (3.5) и '(3.6). Коэффициенты запаса прочности в хрупких состояниях определяют по формуле (3.13).

Запасы прочности по критическим температу­ рам хрупкости должны быть не менее 20—40° С. Большие из указанных запасов относятся к свар- <ным элементам конструкций сложных геометриче­ ских форм, подвергающимся в эксплуатации дей­ ствию статических, циклических и динамических нагрузок. Повышенные запасы по критическим тем­ пературам хрупкости выбирают также тогда, когда минимальные температуры стенок элементов кон­ струкций в процессе эксплуатации могут оказаться ниже номинальных расчетных; например, темпера­ туры стенок, зависящие от климатических темпе­ ратур окружающей среды.

' Запасы прочности по номинальным разрушаю­ щим напряжениям, зависящим от эксплуатацион­ ных и монтажных нагрузок, выбирают в пределах от 1,5 до 2. Большие из указанных запасы проч­ ности назначают для элементов конструкций, изго­ товляемых из хладноломких. низкоуглеродистых сталей или сталей повышенной прочности и низкой пластичности, чувствительных к концентрации на­ пряжений, скорости деформирования и обладаю­ щих повышенным разбросом характеристик сопро­ тивления разрушению.

Повышенные запасы прочности принимают для элементов конструкций, для которых трудно опре­ делить эксплуатационную напряженность с доста­ точной точностью ввиду сложности конструктив­ ных форм, наличия высоких остаточных напряже­ ний (например, монтажных и от сварки), возникно­ вения нерасчетных статических и динамических перегрузок. Для таких элементов конструкций

131

обычно затрудняется также проведение надлежа­ щего дефектоскопического контроля. В этом случае запасы прочности по разрушающим напряжениям повышают'до 2,2—2,5.

- Запасы прочности по критическим температу­ рам хрупкости и по разрушающим напряжениям можно уменьшить, проведя натурные или полно­ масштабные модельные испытания до разрушения, экспериментальные исследования эксплуатацион­ ной нагруженности и температурных полей.

Изложенная оценка сопротивления элементов конструкций хрупкому разрушению отражает зако­ номерности механики хрупкого разрушения и ре­ зультаты анализа экспериментальных данных об условиях возникновения квазихрупких и хрупких состояний в зависимости от температур эксплуата­ ции, механических свойств стали, напрягаемых объемов, исходных дефектов и конструктивных со­ отношений.

Пример. I. Проверить прочность нижнего растянутого поя­ са фермы транспортной эстакады сечением 220x24, изготов­

ставляющих 0,1 числа циклов до разрушения, возникла сквоз­ ная боковая трещина длиной 18 мм от непровара в месте установки усиливающей накладки. Расчетная эксплуатацион­

При испытаниях на статическое растяжение плоских об­ разцов сечением 100x12 мм из основного металла, имеющих центрально расположенную трещину длиной 25 мм, получены следующие характеристики разрушения: первая критическая

Сопротивление статическому разрыву гладкого стандартного образца 97,3 кГ/мм2.

182

Для пояса фермы по формулам (3.11) первая п вторая критические температуры хрупкости

ские температуры хрупкости для образцов; АТК / , , Л7\-р„—смещения критических температур.

Смещение критических температур обусловлено увеличе­ нием абсолютных размеров сечения, наличием сварных швов, повреждением от циклических нагрузок и размером трещин. Увеличение первых и вторых критических температур за счет увеличения толщины Н по данным рис. 38 находим как раз­ ность между At=AT при толщинах 24 и 12 мм:

ДЛ„ = 67 —47 = 20 °С;

A '«p„ = 71 — 48 = 23 °С.

Увеличение критических температур за счет увеличения ширины В определяем по данным рис. 40:

Увеличение первых и вторых критических температур, связанное с наличием нетермообработаиных сварных швов, в первом приближении можно принять одинаковыми; на рис.42

При увеличении размеров образца пропорционально тол­ щине длина трещины в образце натурной толщины

/ = 25. 2412 = 50 мм.

Снижение критический температур при уменьшении длины трещины от 50 до 18 мм по данным рис. 44

Дг„.п = 6 8 — 72 = — 4°С;

Д Г о = 8 4 — 91 = — 7°С.

По данным § 1 гл. 3 увеличение критических темпера­ тур за счет накопленного циклического повреждения состав­ ляет 4° С. Тогда

Т* = 288 + 20 + 9 + 21 — 4 + 4 = 338 °С;

TKKPt = 218 + 23 + 9 + 21 —7 + 4 = 268 °С.

183

184