Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

уменьшается с увеличением длины трещины;

б) длина трещины больше DE и меньше DE — номинальная прочность при разрушении ниже предела текучести;

в) длинная трещина (1>DF) — прочность при разрушении увеличивается с увеличением длины трещины.

Обобщенная схема изменения напряжений и деформаций в пластинах различной ширины с различной длиной трещин приве­ дена на рис. 34. В левом верхнем квадранте диаграммы показа-

ны значения локальных напряжении о в зависимости от внеш­ него напряжения оех, в правом верхнем квадранте — локальная деформация е, а в правом нижнем квадранте — длина трещины /. Рассмотрим сначала узкую пластину шириной EG — La с тре­ щиной длиной . Локальная пластическая деформация при до­

стижении общей текучести изобразится точкой Н на диаграмме е — I и точкой В' на диаграмме аех— е. Соответствующее локаль-

ное напряжение будет асг/, а внешнее напряжение равно преде­ лу текучести материала аѵ. Если взять широкую пластину шири­ ной L I, разрушение начнется в точке N диаграммы е — I. Локаль­ ная текучесть в момент начала разрушения изображается точкой М с абсциссой ег. В этом случае разрушение начнется, когда будет приложено внешнее напряжение ОР; при этом локальное напряжение будет равно RP = осу-

И с п ы т а н и я п л а с т и н с т р е щ и н а м и н а р а з р ы в

прочность, равную, по меньшей мере, пределу текучести; другими словами, из­ меняя длину трещины, невозможно уменьшить общую прочность

до уровня ниже предела текучести. Зут [6] испытывал на растя­ жение образцы из мягкой стали с пределом текучести 28 кгс/мм2. Образцы имели ширину 140, 100 и 50 мм, а длина трещины из­ менялась от 8 до 115 мм. Испытания проводились при различных температурах: от —20 до +20° С. Разрушения были и хрупкими, и вязкими, но ни в одном случае разрушающее напряжение не падало ниже 30 кгс/мм2.

3. Ш и р о к и е пласти н ы . Согласно рис. 33 в широких пласти­ нах при некотором критическом значении длины трещины можно получить разрушающее напряжение, меньшее предела текуче­ сти. Для подтверждения этого положения приведем результаты следующих испытаний:

а) Кихара и Оба [7] испытывали образцы шириной 1000 мм и толщиной 25 мм, которые были надрезаны в центре ювелир­ ной пилкой; температура испытаний была — 30° С; сталь имела предел текучести 30 кгс/мм2.

146

б) Зут [6] приводит данные о следующих испытаниях: образ­ цы шириной 1000 мм имели центральную усталостную трещину; сталь имела предел текучести 25,8 кгс/мм2; температура испыта­ ний была 30° С; толщина пластины 15 мм.

на цилиндрических стальных сосудах, имевших продольные де­ фекты. Длина цилиндров 4270 мм. Длина надрезов в различных

при длине больше /0 — увеличивается.

Для иллюстрации этого важного вывода нет достаточного количества экспериментальных данных, хотя некоторые резуль­ таты подтверждают именно такую роль трещины.

Короткие трещины в хрупком материале ведут себя в соот­ ветствии с теорией Гриффитса (см. гл. 6), хотя пропорциональ­ ность между разрушающим напряжением и обратной величиной квадратного корня из длины трещины не всегда подтверждает­ ся, особенно для мягкой стали. Тем не менее общепринято счи­ тать, что прочность падает с увеличением длины трещины. Одна­ ко в действительности поведение образца, очевидно, зависит от того, широкая или узкая пластина, каковы ее толщина, форма трещины, температура испытания, тип материала и т. д.

Зут [9] опубликовал результаты испытаний узких пластин (ширина 140 мм, толщина 14 мм, температура испытаний 20° С)

* ' А с с о ц и а ц и я а т о м н о й э н е р г и и В е л и к о б р и т а н и и .

с длинными трещинами. Он обнаружил, что прочность пластин повышается с увеличением длины трещины (табл. 3).

Многие другие исследователи также отмечали, что существу­ ет критический размер трещин, особенно для пластин с централь­ ным надрезом; в таких испытаниях очень короткие надрезы (или трещины), как правило, вызывали высокое номинальное разру­ шающее напряжение; по мере увеличения длины надреза разру­ шающее напряжение снижалось, а затем снова повышалось, сви­

7—20), подробно описанной ниже, в гл. 7.

В сварных пластинах, как указывалось в гл. 2, могут играть важную роль величина и протяженность поля остаточных напря­ жений, расположение (и свойства) охрупченного материала по отношению к расположению вершины трещины.

В л и я н и е т е м п е р а т у р ы

Как известно, температура оказывает наиболее существенное влияние на механизм и характер разрушения. Хотя для конст­ руктора механизм разрушения может показаться чисто «акаде­ мической» проблемой, все же важно иметь представление об из­ менениях характера разрушения, которые могут произойти. В случае статически нагруженных конструкций данные о прочно­ сти пластин с трещинами дают возможность инженеру удовлет­ ворительно назначить необходимый запас прочности. Если кон­ струкция может подвергаться резкой (пиковой) нагрузке или, возможно, статической перегрузке, целесообразно также гаран­ тировать определенную величину пластической деформации, ко­ торую может выдержать материал.

Понижение температуры влияет на прочность материала (разрушающее напряжение), как правило, меньше, чем на пре­ дельную пластичность, так что, по-видимому, логично считать, что безопасность конструкций следует оценивать различными

148

критериями (прочностными или деформационными), как это ука­ зывается в гл. 8.

Если в качестве критерия выбрана прочность, температура будет иметь лишь второстепенное значение, однако геометриче­ ские факторы (ширина образца и длина трещины, технология сварки и т. д.) являются весьма существенными.

Для образцов без надрезов и трещин хорошо известно, что прочность при понижении температуры не снижается; скорее, наблюдается также повышение

разрушения не связано с шириной пластины. Этот вывод может быть использован, чтобы рекомендовать метод определения тем­ пературы хрупкого перехода с помощью испытаний, т. е. для оп­ ределения переходной температуры в случае очень острых над­ резов в простых пластинах не обязательно испытывать широкие пластины.

в) При изменении характера разрушения не происходит рез­ кого изменения прочности.

г) Существенное изменение прочности наблюдается при из­ менении ширины пластины от 100 до 1000 мм.

2. И сп ы т ан и я , п р о в е д е н н ы е А с с о ц и а ц и е й а т о м н о й эн е р г и и В е ­

факторам (длине надреза). Тем не менее нельзя не учитывать,

что при понижении температуры предел текучести, а следова­ тельно, и деформации еѵ и есу возрастают, тогда как деформа­ ция ег, вызывающая возникновение разрушения, остается прак­

149