|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S.Gran "A Course in Ocean Engineering"
Article 4.7 - FATIGUE
Перевод с английского выполнил Панов О.Г. (г. Якутск). Буду рад вашим замечаниям, пожеланиям и предложениям, которые можно послать по адресу: filepark@hotmail.com. Оригинал находится на http://www.dnv.no/ocean/course.htm.
Часть 4.7 УСТАЛОСТЬ
Термин “усталость” в большинстве случаев используют для описания потери рабочих качеств или способности к функционированию после длительной работы без перерыва. Иногда он относится к временному режиму так, что прочность восстанавливается после некоторого перерыва в работе (релаксации). Он, также, может применяться к долговременным состояниям, в которых прочность не восстанавливается никогда. Непосредственное влияние может казаться безобидным, но если деформирование повторяется все время, то рабочие качества снижаются и, в конце концов, могут быть полностью утрачены.
Усталость в металлах относится к явлениям последнего вида (из опис. выше). Это процесс, который является необратимым и который может, в конечном счете, привести к разрушениям, таким как сломанные железнодорожные рельсы, потерянные зубья в шестернях, треснутый вал двигателя вертолета, негерметичность корабельного дна и т.д. Для того чтобы случилась авария, нет необходимости в чрезвычайно сложных условиях, ранее конструкции могли выдержать и большие нагрузки. Однако обычным свойством конструкция является то, что они могут находиться в эксплуатации значительную часть их проектного ресурса. Т.о., они повторно подвергаются внешнему воздействию, день за днем, год за годом. Каждый период воздействия вносит незначительный, но необратимый вклад в процесс усталости. Это может случиться, если даже все вызванные внешней нагрузкой напряжения, несомненно, находятся в линейной, упругой области, намного ниже предела прочности материала.
Основными внешними воздействиями, которые ведут к усталостному разрушению, являются циклические, т.е. периодические силы, они вносят соответствующие компоненты внутренних циклических напряжений. Силы такого рода изначально присутствуют во вращающихся механизмах, используемых в автомобилях и станках. В XIX-м веке в первых паровозах происходили катастрофические усталостные разрушения. В связи с этим, немецкий железнодорожный инженер А.Велер (A.Woehler) провел первые систематические лабораторные испытания на усталость (примерно 1860 г.).
Усталостные разрушения были также исследованы на стальных тонкостенных конструкциях, таких как мосты и опоры ЛЭП, которые часто были подвержены колебаниям вызванным ветром и другими факторами окружающей среды. В морских сооружениях, действие волн – это основной источник усталостных повреждений, проблема стала более острой с введением полностью сварных стальных корпусов. Трагической демонстрацией этого были “суда свободы” (Liberty vessels), которые в большом количестве были сварены вместе для обеспечения доставки грузов в Атлантике во время Второй Мировой Войны. Более 1000-чи, из примерно 5000-ч построенных кораблей, получили значительные повреждения из-за трещин в корпусах, и по этой причине, 2300 были полностью потеряны.
Сварные соединения оказались особенно чувствительны к усталости. Одной из основных причин этого является большая вероятность того, что соединения содержат неоднородности, такие как включения, полости, шероховатость поверхности и другие известные факторы, влияющие на зарождение трещин. Второй причиной является то, что нагрев и охлаждение во время сварки ведет к высоким остаточным напряжениям, которые ведут к увеличению скорости роста трещин и повреждений.
Усталостное разрушение предполагает разделение на три этапа. На начальном этапе, или этапе зарождения, появляются микротрещины. На этапе роста трещин, трещины растут с увеличением скорости под действием периодических внешних сил. На этапе разрушения, конструкция спонтанно разрушается, потому что оставшееся поперечное сечение слишком мало для противодействия внешним силам. Ранее представленный начальный этап отнимает часть усталостного ресурса конструкции, от 50 до 75%. Однако, более точные исследования на микроскопическом уровне показали, что микротрещины появляются уже после выработки 1% ресурса. К тому же, небольшие поверхностные дефекты, выступающие в роли источников зарождения трещин, уже могут присутствовать при поставке изделия производителем.
Обычно различают малоцикловую и многоцикловую усталость. При малоцикловой усталости, окончательное разрушение происходит приметно после 103 циклов и менее. При многоцикловой усталости, разрушение происходит после 103(109 циклов. В данной статье, мы рассматриваем только с многоцикловую усталость. Это вызвано тем, что морские конструкции рассчитывают на воздействие 107(109 волновых циклов во время их эксплуатации и примерно на то же число циклов напряжений.
Есть два различных подхода к прогнозированию усталостного ресурса, а именно, метод Палмгрена-Майнера (Palmgren-Miner), основанный на эмпирических S-N кривых и метод механики разрушения, основанный на теории Париса-Ергодана (Paris-Ergodan) с эмпирическими da/dN кривыми. Метод Палмгрена-Майнера позволяет прогнозировать весь ресурс элемента, т.е. как начальный этап, так и фазу распространения, в то время как метод механики разрушения имеет дело только с фазой распространения.
Текущая страница: 1
|
|
|
|
|
 |
Предмет: Физика
|
 |
Тема: Книга S.Gran A Course in Ocean Engineering. Глава Усталость |
 |
Ключевые слова: Ocean, Course, Это, называется, книги, "John, S.Gran, металлах, глав, перевод, Doe", Этот, From:, отн, посвящена, одной, Книга, процессу, Книга S.Gran "A Course in Ocean Engineering". Глава "Усталость" , конструкциях., частности, Материаловедение, можно, "Усталость", Engineering"., английского, filepark@hotmail.com, Глава, усталости, From: "John Doe" filepark@hotmail.com Это перевод с английского одной из глав книги S.Gran "A Course in Ocean Engineering". Глава называется "Усталость" и посвящена процессу усталости в металлах в частности морских конструкциях. Этот текст можно отн, морских, текст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
