Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разрушение и ресурс нагруженных материалов
1.1. Состояние современной технической диагностики 14
1.2. Подходы к оценке остаточного ресурса 21
1.3. Механическая концепция разрушения
1.3.1. Основы механической концепции 26
1.3.2. Теоретическая прочность 29
1.3. 3. Модель Гриффита 31
1.3.4. Механика разрушения 35
1.4. Кинетическая теория разрушения
1.4.1. Время до разрушения. Формула Журкоеа 38
1.4.2. Термоактивированное зарождения трещин 43
1.4.3. Микромеханика разрушения 51
1.4.4. Прогнозирование ресурса 54
1.5. Выводы 58
Глава 2. Длительная и кратковременная прочность
2.1. Подходы к прогнозированию длительной прочности 60
2.2. Связь длительной и кратковременной прочностей в кинетической теории разрушения 64
2.3. Зависимость ресурса при статической нагрузке от коэффициента запаса прочности 73
2.4. Ресурсосбережение путем снижения коэффициента запаса прочности 76
2.5. Результаты и выводы 77
Глава 3. Метод продления срока службы конструкции испытанием пробной нагрузкой
3.1. О перегрузочных испытаниях 78
3.2. Сокращение ресурса при перегрузочном испытании
3.2.1. Термосиловое разрушение 84
3.2.2. Стресс-коррозия 87
3.3. Способ продления срока службы конструкции 94
3.4. Результаты и выводы 99
Глава 4. Акустико - эмиссионный контроль трещинообразования и ресурса
4.1. Первые наблюдения и использования акустической эмиссии 100
4.2. АЭ: термины и определения, нормативные документы 109
4.3. Об АЭ контроле при пневмоиспытаниях 117
4.4. Диагностическая АЭ аппаратура
4.4.1. Общие принципы 121
4.4.2. АЭ система "ОРК" 123
4.5. Лабораторные исследования АЭ
4.5.1. Традиционный подход 130
4.5.2. Статическое нагружение 134
4.5.3. Методы контроля остаточного ресурса и диагностики. с применением АЭ 136
4.5.4. Контроль ресурса и диагностика при циклическом нагружении стальных сварных конструкций 143
4.5.5. Зарождение макротрещин при высокотемпературной, ползучести 156
4.6. Результаты и выводы 159
Заключение
Список литературы 162
- Термоактивированное зарождения трещин
- Связь длительной и кратковременной прочностей в кинетической теории разрушения
- Способ продления срока службы конструкции
- Контроль ресурса и диагностика при циклическом нагружении стальных сварных конструкций
Введение к работе
В.1. Аннотация
Диссертационная работа направлена на повышение безопасности эксплуатации технических устройств опасных прозводственных объектов и посвящена разработке новых методов контроля ресурса и диагностики металлических конструкций, опирающейся на кинетическую теорию прочности и регистрацию акустической эмиссии при генерации повреждений в нагруженном материале. Проведено теоретическое обоснование и апробация разработанных методов при лабораторных испытаниях образцов и элементов стальных конструкций.
В.2. Актуальность темы
Согласно нормативным документам (ГОСТы, Правила Госгортехнадзора России и др.), по истечении назначенного (расчетного) срока службы (установленного проектом или заводом-изготовителем), эксплуатация любых технических устройств опасных производственных объектов должна быть прекращена независимо от их технического состояния. Для продолжения эксплуатации, а также после аварий и восстановительных ремонтов объекты должны пройти техническое диагностирование, которое включает два элемента (диагностику и прогноз): оценку на основании неразрушающего контроля текущего технического состояния объекта и определение его остаточного ресурса - суммарную наработку от момента контроля до перехода в предельное (неработоспособное) состояние. Наработкой объекта называется продолжительность его работы, измеряемая временем или числом рабочих циклов. Предельным является состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
В настоящее время при техническом диагностировании основную роль играют локальные методы неразрушающего контроля, направленные на поиск дефектов, а определение остаточного ресурса проводится лишь в отдельных частных случаях (циклического нагружения, равномерной коррозии и др.). Применяемые при этом методики носят эмпирический характер, не привлекая современных физических представлений о разрушении (кинетическая теория) и обычно не используют сравнительно нового метода акустической эмиссии, достоинствами которого являются возможность 100 %-го контроля объекта без вывода его из эксплуатации и измерение кинетических характеристик разрушения.
В.З. Цель работы
Целью работы является совершенствование системы технического диагностирования за счет использования новых методов контроля ресурса конструкций, приводящее к обоснованию продления службы, периодичности обследований, сроков ремонтов, замены и, в целом, - к повышению безопасности эксплуатации технических устройств опасных прозводственных объектов, снижению риска техногенных катастроф с негативными социальными, экологическими и материальными последствиями;
В.4. Задачи исследований
Установление аналитической связи между длительной и кратковременной прочностями.
Установление связи между ресурсом при статической нагрузке и коэффициентом запаса прочности.
Анализ перегрузочных испытаний и их модификация как средства продления срока службы конструкций.
Исследование АЭ при статическом нагружении.
Установление АЭ критерия зарождения макротрещин.
Верификация методов контроля ресурса с применением регистрации АЭ при лабораторных испытаниях циклическим нагружением элементов сварных конструкций и трубчатых образцов, нагружаемых внутренним давлением, в условиях высокотемпературной ползучести.
В.5. Научная новизна
Установлена зависимость между кратковременной и длительной прочностями, не содержащая эмпирических коэффициентов.
Впервые установлена зависимость ресурса при статическом нагружении и различных температурах от коэффициента запаса прочности.
Впервые величина пробной нагрузки при гидро-пневмоиспытаниях связана с продлеваемым сроком службы промышленного объекта.
Установлен АЭ критерий завершения стадии накопления повреждений и зарождения макротрещин.
В.6. Практическая значимость
Полученные результаты позволяют по проектному значению коэффициента запаса прочности рассчитать начальный ресурс конструкции, что путем обоснованного снижения запаса прочности приведет к материало- и энергосбережению.
Полученные результаты позволяют по значению коэффициента запаса прочности, измеренному (с учетом дефектов материала) после изготовления или длительной эксплуатации конструкции рассчитать ее индивидуальный остаточный ресурс, что приведет к обоснованию продления службы, периодичности обследований, сроков ремонтов, замены и, в целом, - к повышению безопасности эксплуатации технических устройств опасных производственных объектов.
Установленный АЭ критерий позволяет в условиях промышленной эксплуатации конструкции зафиксировать исчерпание ресурса по условию окончания стадии накопления микроповреждений и зарождения макротрещин.
Проведенная модифицикация традиционных перегрузочных (гидравлических и др.) испытаний позволяет величине продлеваемого срока службы технического устройства сопоставить величину пробной нагрузки, которую должен выдержать диагностируемый объект. Это должно найти применение для продления срока службы и назначения периодичности проверок и ремонтов сосудов, трубопроводов, грузоподъемных кранов и т.д., а также - для отбраковки тех объектов или их элементов, которые не обладают ресурсом, необходимым для продления эксплуатации.
По результатам исследований получено 2 патента России.
Результаты исследований являются дополнением учебных курсов технических университетов по предметам, связанным с диагностикой и контролем ресурса конструкций.
Разработанные методы контроля и диагностики используются экспертными организациями при техническом диагностировании опасных производственных объектов, подконтрольных Госгортехнадзору России.
Термоактивированное зарождения трещин
Другой путь заключается в том, что устанавливаются эмпирические корреляции между длительной прочностью и механическими характеристиками, измеряемыми в лабораторных условиях при малых временах до разрушения, в том числе - кратковременной прочностью. Основным недостатком такого продхода является отсутствие физического обоснования выбора характеристик, коррелирующих с длительной прочностью, а также огромная трудоемкость при эмпирическом установлении зависимости констант от температуры и времени.
В диссертационной работе проблема рассмотрена с позиций кинетической теории. Ее решение основано на том, что формула Журкова справедлива как для для больших времен действия нагрузки (длительная прочность), так и для малых времен (порядка 1 с), характерных при измерениях кратковременной прочности.
В настоящее время надежность и безопасность промышленной эксплуатации технических конструкций обеспечивается увеличением коэффициента запаса прочности, являющимся отношением п предела кратковременной прочности а в к действующему напряжению ст. При этом однако остается невыясненой величина длительной прочности или ресурса в условиях квазистатического нагружения, типичного для наиболее массовых объектов промышленности - трубопроводов, сосудов, работающих под давлением, и т.д. Эта проблема является одной из основных в современной технической диагностике и ее решение - одна из задач диссертационной работы.
В третьей главе развит метод продления срока службы конструкций методом пробной нагрузки, являющийся модернизацией практикуемых перегрузочных испытаний.
Испытание пробной нагрузкой, превышающей эксплуатационное значение, (перегрузочное испытание) является установленным Госгортехнадзором России тестом на прочность промышленных конструкций (трубопроводов, сосудов, работающих под давлением, котлов, грузоподъемных кранов и т.д.). Испытание проводится нагрузкой (1 + а) Р, где Р - рабочая нагрузка, а = 0,25 - 0,5, при температуре 5 - 40 С, с выдержкой под пробной нагрузкой в течение интервала времени At = 5-10 мин. Перегрузочные испытания базируются на механической концепции, связывающей разрушение с превышением критического напряжения - предела прочности. С этой точки зрения отсутствие разрушения при перегрузке исключает возможность разрушения при эксплуатационном напряжении. Отсутствие разрушения в процессе проведения перегрузочного испытания означает, что коэффициент запаса прочности при температуре испытания п 1 + а .
Общими недостатками стандартных перегрузочных испытаний является отсутствие связи между величинами пробной нагрузки и остаточного ресурса, которым обладает объект, выдержавший такую нагрузку, а также отсутствие учета температурно-временных условий эксплуатации и проведения испытания.
С целью устранения указанных недостатков стандартного метода перегрузочных испытаний в диссертации с позиций кинетической теории на основе установления взаимосвязи между коэффициентом запаса прочности и временем до разрушения разработан новый метод оценки нижнего значения величины остаточного ресурса статически нагруженной конструкции, подвергающейся приложению пробной нагрузки.
Метод позволяет связать пробную нагрузку с остаточным ресурсом эксплуатируемой конструкции (сроком продления ее службы), а также учесть зависимость пробной нагрузки от длительности и температуры эксплуатации и продолжительности и температуры проведения испытания пробной нагрузкой (влияющих на ресурс и прочность). Применение метода аргументировано проведенным в диссертации исследовании накопления поврежденности при проведении перегрузочного испытания.
Четвертая глава посвящена развитию методов АЭ контроля металлических конструкций. Обычно регистрация АЭ используется для нахождения растущих макротрещин. В диссертации развивается новый аспект применения АЭ - методы контроля ресурса металлических конструкций на основе регистрации АЭ при генерации микроповреждений.
Использовано представление кинетической теории о существовании при подготовке к разрушению двух стадий: хаотического накопления микроповреждений, приводящего к зарождению макротрещин (1-я стадия), и рост макротрещин. Поскольку эксплуатация технических устройств опасных производственных объектов с растущими трещинами должна быть исключена, предельным состоянием при определении ресурса оказывается окончание стадии накопления повреждений (деградационный отказ). Ресурс как время до зарождения макротрещины контролируется сменой стадий. Соответственно контроль ресурса сводится к задачам оценки длительности стадии накопления повреждений и фиксации момента зарождения растущей трещины.
Ранее было установлено, что смена стадий происходит при достижении предельного значения суммарного счета АЭ сигналов N .
В диссертации предложен дополнительный критерий, фиксирующий смену стадий, основанный на Р-параметре. Р-параметр отслеживает пространственно-временные корреляции в ансамбле микроповреждений. Величина Р-параметра на первой стадии примерно одинакова и резко возрастает на второй стадии, что позволяет диагностировать состояние объекта.
Для проведения исследований, связанных с регистрацией АЭ, был использован 4-х канальный комплекс измерительной аппаратуры с программным обеспечением сбора и обработки банка данных "ОРК"- 3.
Методы контроля ресурса, основанные на регистрации АЭ, проверялась и получили подтверждение в лабораторных условиях на металлических конструкциях со сварными соединениями при малоцикловой усталости при комнатной температуре (сварная двутавровая балка - циклический изгиб; коробчатый профиль с нахлесточным элементом - циклический изгиб; модель камеры рабочего колеса гидротурбины - циклическое нагружение внутренним давлением) и на трубчатых образцах при высокотемпературной ползучести.
Связь длительной и кратковременной прочностей в кинетической теории разрушения
В настоящее время в России свыше 70 % задействованных в народном хозяйстве основных фондов, их активной части - машин и оборудования - исчерпали нормативный ресурс (назначенный изготовителем) и формально должны быть выведены из эксплуатации до определения их технического состояния, которое включает прогнозирование срока службы, то есть оценку остаточного ресурса. В постановлении Коллегии Госгортехнадзора России (первом в XXI веке) говорится: "сейчас главная задача - определить остаточный ресурс эксплуатации технологического оборудования, а в дальнейшем своевременно проводить замену оборудования, исчерпавшего ресурс " [50].
Каким образом ставится и решается задача определения остаточного ресурса Ресурсом называется наработка до достижения предельного состояния [22,23].
По нормативным документам и здравому смыслу, заключительным элементом технического диагностирования должно явиться прогнозирование (на основаниии результатов неразрушающего контроля и прочностных расчетов) возможности, предельных рабочих параметров, условий и длительности дальнейшей эксплуатации (то есть остаточного ресурса) объекта [46].
Существующие нормативные документы предлагают расчеты ресурса (долговечности) конструкций преимущественно в двух случаях: при циклической усталости и равномерной коррозии (эрозии).
Для оценки циклической долговечности подсчитывают число пусков- остановов, гидравлических испытаний, частоту термоциклирования (в котлах при перемешивании в барабане котловой и питательной воды, тепловых ударах при разрывах экранных труб и др.) и амплитуды напряжений. На этой основе с помощью ГОСТов (например, [20]) подсчитываются допустимое число циклов и накопленная поврежденность. Такой подход опирается на большое число длительных экспериментов, требует при реализации учета нагружений (числа амплитуды циклов), расчетов, но в целом недостаточно адекватен, поскольку игнорирует частоту циклирования, его температурно- временные аспекты, а самое главное - деградацию материала при статических нагрузках.
Вообще, существующие нормативные документы молчаливо подразумевают, что при стационарных (статических) нагрузках и в отсутствие коррозии ресурс бесконечен. Это не всегда верно. Воздействие статической нагрузки является основным фактором, определяющим ресурс большинства промышленных объектов, особенно эксплуатируемых при высоких температурах и при коэффициентах запаса прочности, пониженных вследствие наличия технологических дефектов либо вследствие возникновения дефектов в процессе длительной эксплуатации.
При коррозии (эрозии) материала, приводящей к скорости V уменьшения допустимой толщины конструкции АБ ресурс оценивается как АР / у [45]. Неравномерная коррозия, вызывающая локальное разрушение материала в виде течей и сквозных трещин, являющаяся основной формой отказа, здесь не учитывается.
При коррозии (эрозии) вследствие утонения стенки конструкции по соотношению (1.2) возрастает действующее напряжение и уменьшается коэффициент запаса прочности (1.1). Он может также уменьшаться и вследствие уменьшения предела прочности при структурном "старении" материала [43]. В обоих случаях предельным состоянием, соответствующим исчерпанию ресурса, является критическое значение коэффициента запаса прочности.
В существующей практике технического диагностирования вопрос о продлении срока службы объекта обычно решается без оценок остаточного ресурса на основе его дефектоскопического обследования следующим образом. Если при выборочном контроле обнаруживаются только "допустимые" дефекты, то эксплуатация продлевается (на срок, установленный Правилами государственного надзора, обычно на несколько лет). В случае обнаружения "недопустимых" дефектов, как правило, назначается ремонт или замена дефектного участка. Понятие допустимого и недопустимого дефекта имеет субъективный характер. Если окончательно упростить вопрос, то предельным состоянием, исчерпывающим ресурс, является просто наличие трещины, обнаруживаемой одним из методов неразрушающего контроля: эксплуатация промышленного объекта с трещиной исключается.
Такая практика является следствием опоры существующей системы технического диагностирования на механическую концепцию разрушения, в которой отсутствует время, что в принципе исключает возможность оценки ресурса промышленных объектов.
Для сложившейся ситуации характерна следующая эволюция п. 10.22 "Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов".
Эксплуатация котла сверх расчетного срока службы может быть допущена на основании заключения специализированной или научно- исследовательской организации о возможностях и условиях его эксплуатации, выданного по результатам его технического диагностирования с оценкой остаточного ресурса (выделение в тексте курсивом здесь и далее автора Г.П.).
Эксплуатация котла сверх расчетного срока службы может быть допущена на основании заключения специализированной или научно- исследовательской организации о возможностях и условиях его эксплуатации, выданного по результатам его технического диагностирования с оценкой срока дальнейшей эксплуатации до следующего технического диагностирования, по результатам которого может быть принято решение о дальнейшей эксплуатации котла.
Способ продления срока службы конструкции
Выяснение механизма термоактивированного зарождения трещины в нагруженном материале является необходимым элементом развития кинетической концепции, наиболее интересным и не закрытым вопросом физики прочности. Обзор существующих подходов выходит за рамки темы нашей работы и мы ограничимся изложением фононной модели [55,57], представляющейся нам наиболее последовательной.
Кинетическая концепция предполагает, что существует собственный механизм термоактивированного зарождения трещин в нагруженном материале, не сводящийся к механизму, реализующему пластическую деформацию (перемещение дефектов кристаллической решетки - вакансий, дислокаций, дисклинаций). Пластическая деформация, предшествующая разрушению, может влиять на условия разрушения, но параметрически - через уровень локальных напряжений, на величину структурно- чувствительного параметра у , а также определять места наиболее вероятного трещинообразования (стыки структурных границ и др.). Однако, механизм термоактивированного трещинообразования может быть реализован и в гипотетическом идеальном кристалле без предварительного пластического формоизменения.
Эта гипотеза опирается на единообразие формулы Журкова и указанной выше интерпретации величин т о , и о и у, которая одинакова для тел с различным типом межатомной связи (металлическая, ковалентная, ионная ), надатомной организации (кристаллы, аморфы, аморфно-кристаллические полимеры, композиционные материалы) и дефектной структуры материала. В тоже время известно, что носители пластической деформации многообразны, и это приводит к тому, что физический смысл, величина энергии активации и ее силовая зависимость в выражении для скорости деформации изменяются в широком диапазоне. Такие изменения должна отслеживать и формула для времени разрушения, если оно действительно контролируется пластической деформацией. Но, как отмечено выше, с формулой Журкова этого не происходит: разрушение всегда связано с преодолением барьера и о - У сг, имеющего смысл энергии межатомной связи, линейно снижаемой напряжением.
Путь к пониманию собственного механизма термоактивированного разрушения связан с обращением к рассмотрению фононной подсистемы твердого тела, приведшим к так называемой дилатонной модели, предложенной С.Н.Журковым и В.А. Петровым в 1983 году и в качественной форме описанной следующим образом.
"Дилатоном называется область растяжения (пониженной плотности) материала с линейным размером А, определяемым длиной свободного пробега фононов. Взаимодействуя с окружающей средой, дилатоны, благодаря пониженной плотности, оказываются ловушками для фононов. При благоприятных условиях они могут кумулировать энергию из окружающей среды. Это приводит к разогреву и тепловому расширению дилатонов до критической величины, распаду дилатонов и возникновению в твердом теле микропустот. Неравновесному состоянию твердого тела, вызванному нагружением, можно сопоставить рождение в нем метастабильной системы квазичастиц "газа избыточных фононов". Тогда процесс термоактивированного зарождения трещины можно представить как "конденсацию" переохлажденного газа избыточных фононов."
Мы не будем далее использовать термин "дилатон", поскольку он вследствие использования различными авторами приобрел неоднозначное определение. Используем название фононная модель термоактивированного зарождения трещины. Строгое математическое описание модели, в настоящее время не только невозможно, но и является преждевременным, поскольку не завершена физическая картина явления - ее эскиз и отдельные фрагменты (качественные соображения и полуколичественные оценки).
Рассмотрим тело в термостате, в котором возникла неравновесная тепловая деформация межатомных связей в элементе колебательной (одномерной) моды с линейным масштабом, определяемым средней длиной свободного пробега фононов Л. Назовем такое состояние тепловой энергетической флуктуацией. Вероятность таких флуктуаций описывается распределением Гиббса. Будем отличать их от малых флуктуаций Ах величин х (температуры, давления, плотности), характеризующих равновесную систему (с максимумом энтропии). Такие флуктуации определяются формулой Эйнштейна и описываются распределением Гаусса.
Пусть тепловая энергетическая флуктуация привела к состоянию, в котором возникла неравновесная тепловая деформация межатомных связей величиной е - 8 , где е - равновесная деформация среды (на длине с линейным масштабом, определяемым средней длиной свободного пробега фононов А).
Рассмотрим область тела, охваченную энергетической флуктуацией, как открытую систему, через которую идет поток тепловой энергии (фононов). Изменение со временем t неравновесной плотности энергии флуктуации определяется кинетическим балансом двух слагаемых: первое слагаемое есть отток фононов из "перегретой" области, второе слагаемое описывает приток энергии, обусловленный поглощением фононов проходящих через область флуктуации (обладающую пониженной плотностью вследствие теплового расширения).
Контроль ресурса и диагностика при циклическом нагружении стальных сварных конструкций
Длительной прочностью а 1 ( Т ) называют напряжение, которое материал может выдержать не разрушаясь в течение времени 1 при температуре Т. На практике проблема оценки длительной прочности наиболее актуальна для оценок работоспособности и срока службы жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов, эксплуатируемых при температурах, сопоставимых с температурой плавления Т ш, в течение длительного времени (десятки лет). Информация о величине длительной прочности является необходимым элементом проектирования и безопасной эксплуатации аваиационных и ракетных двигателей, котлов, паропроводов и т.д. Наибольший интерес вызывает воздействие высоких температур (гомологическая температура 0 = Т / Т ш 0,5 при статических (стационарных) нагрузках - ресурс при высокотемпературной ползучести. При комнатной температуре для значений коэффициентов запаса прочности технических объектов ресурс практически неограничен (см. далее).
Для нахождения длительной прочности возможны прямые экспериментальные измерения ст 1 ( Т ) при разных значениях 1 и Т, построение обобщающих эмпирических графиков и их экстраполяция на заданную температурно-временную базу. Этот подход широко используется [37], хотя и требует длительных испытаний, приводящих к разрушению образцов, повторяющихся заново для каждого нового материала.
Например, в ЦКТИ им.И.И.Ползунова испытывались образцы, находящиеся под нагрузкой в течение 30 лет. Такие измерения могли быть эффективны ранее, когда использовалось 15-20 марок сталей. Сегодня, когда насчитывается свыше 2000 различных материалов, проведение прямых экспериментальных исследований затруднительно. Приходится искать иные подходы - осуществлять прогнозирование длительной прочности, то есть оценивать ее показатели на заданной температурно-временной базе путем экстраполяции данных, полученных на ограниченной базе испытания. В настоящее время разработано свыше 100 методов прогнозирования [38]. Это указывает на огромную актуальность проблемы, трудности и незавершенность ее решения.
Экстраполяционное прогнозирование длительной прочности опирается на экспериментальную связь: время разрушения х - приложенное напряжение а (или наоборот) при различных температурах Т, представляемую в виде графика в двойных логарифмических или полулогарифмических координатах. Вид устанавливаемый при этом эмпирической аналитической зависимости не является однозначным и носит субъективный характер. Наиболее известны зависимость Ларсона-Миллера т = х о ехр [ (и о-у а) / ЯТ ], в которой значение х о = Ю 12 -10"14 с 10 "13 с, величина и о совпадает с теплотой сублимации, у - структурно-чувствительный параметр.
В сравнении с другими эмпирическими зависимостями формула Журкова имеет физический смысл, отражающий термоактивированную природу разрушения (см. п. 1.4.1), и потому представляется наиболее предпочтительной. Кроме того, она содержит всего один свободный параметр у, являющийся константой в условиях изменяющихся величин напряжения и температуры. С точки зрения наблюдателя за структурой материала, меняющейся под нагрузкой с течением времени, постоянство параметра у является странным и необъяснимым. Однако такое постоянство является экспериментальным фактом. Оно объясняется с позиций фононной модели разрушения (см. п. 1.4.2). Прогнозирование долговечности х на основе формулы Журкова требует экспериментального определения величины у как характеристики данного материала, после чего возможен прямой аналитический расчет. В силу порядковой оценки т о и сильной экспоненциальной зависимости от величин и о и у, указанный подход позволяет найти т с точностью 1-2 порядка. Более точным оказывается прогноз, основанный на построении "вееров" логарифма долговечности на базе ее температурно-силовой зависимости в области легко экспериментально достижимых малых времен и линейной экстраполяции "вееров" в область больших долговечностей, представляющих технический интерес.
Использование формулы Журкова для целей прогнозирования времени разрушения ограничено тем, что она не справедлива при малых значениях напряжения, давая при а = 0 конечное значение т, чего быть не должно. В этой связи предложен ряд выражений, опирающихся на формулу Журкова, но допускающих предельный переход при сг -» 0. Критерием их справедливости является возможность описания экспериментальных данных. Наиболее известна формула И.А. Трунина х =АТ1а-техр[(и0-Г О/&Т], . где А, 1, т - подгоночные параметры (константы) [70].
Заметим, что формула Журкова и без введения в предэкспоненту температурно-силовой зависимости может быть использована для нижней оценки долговечности, то есть реальная долговечность всегда равна или больше (в области малых величин ст -» 0) значений, определяемых формулой Журкова. Это утверждение опирается на график силовой зависимости долговечности т - ст, уходящий вверх по оси ординат от прямолинейной зависимости при малых напряжениях [67].
Другой путь заключается в том, что устанавливаются эмпирические корреляции между длительной прочностью и механическими характеристиками, измеряемыми в лабораторных условиях при малых временах до разрушения. Возможность таких корреляций следует из общих принципов материаловедения, рассматривающих причинные связи деформации и разрушения с нагрузкой, температурой и временем. Примером является найденная в [29] корреляция длительной прочности с пределом текучести с о,2 (напряжением, вызывающим остаточную деформацию 0,2 %) и относительным удлинением 8 после разрыва:
Похожие диссертации на Методы контроля ресурса и диагностики металлических конструкций
