Введение к работе
Актуальности темы. Разработанные в настоящее время расчет-
ные методы дают возможность определить уровень напряженно-
деформированного состояния (НДС), степень.накопления поврежден-
ности при различных режимах нагруженіїя и, следовательно, оценить
ресурс практически "любой конструкции. Однако, основным препят
ствием для их практического применения является отсутствие
необходимых экспериментальных данных о предельных возможностях
материалов в реальных условиях эксплуатации. Как известно, обыч
ным режимом работы элементов оборудования является сложные
напряжённые условия," в которых могут присутствовать два или три
главных напряжения.,г Более того,, локальные обласні, разрушения
элементов оборудования, связанные' с поверхностными и внутрен
ними дефектами или другими концентраторами напряжений, вызы
вают появление своего собственного поля многоосных напряжений
даже з условиях одноосного нагружения элемента. >
Проведенные исследования показывают, что объемное напряженное состояние (ОНС) оказывает существенное влияние на процесс накопления повреждений и, следовательно, на предельные характеристики и характер разрушения материалов как при статическом нагру-жешш, так и при малоцикловой усталости. Поэтому~сценка ресурса при использовании данных, полученных при одноосном напряженном состоянии, может привести к существенным погрешностям. Практика показывает, что появление даже двухосного напряженного состояния может снизить ресурс по сравнению с одноосным на порядок.
Необходимость учета изменения механических свойств от ОНС связана еще с тем, что одним из факторов, обуславливающих -.хрупко-вязкое поведение пластичных .материалов, является характер возникающих от приложенной нагрузки напряжений. Особенно следует акцентировать внимание на высокой степени ОНС в зонах .„возникновения.максимального растягивающего напряженного состояния, так как оно может служить основной причиной хрупкого разрушения конструкций. Поэтому сведение ОНС к эквивалентному линейному при использовании критериев прочности не позволяет предсказать характер возможного разрушения.
В силу вышесказанного исследование влияния ОНС на механические свойства материалов имеет большое теоретическое и практическое значение. Особенно это важно для области действия
растягивающих напряжений. "
Цель работы. Исследование влияния ОНС при действии растягивающих напряжений на изменение прочностных и пластических свойств для широкою класса конструкционных сталей, применяемых в атомном энергетическом машиностроении.
Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:
-выбор формы образцов и видов их испытаний, вычисление НДС и величины показателя ОНС;
-построение зависимостей пластических и і.рочностньк свойств исследуемых конструкционных сталей при высоких температурах и скоростях деформации для области действия растягавающих напряжений от ОНС;
-получение критических значений параметра ОНС по
величинам упругих модулей Е, G и коэффициента Пуасрона ц в диаг пазоне высоких температур;
' -поиск связи между показателем чувствительности сталей к ОНС и пластическими характеристиками, определяемыми при стандартных испытаниях на растяжение;
-установление зависимости направления распространения трещины от характера распределения НДС и параметра ОНС;#
-решение прикладных задач.
Научная новизна. Получены зависимости пластических и прочностных свойств для широкого класса конструкционных сталей, применяемых в атомном энергетическом машиностроении. Установлена зависимость между показателем чувствительности сталей к ОНС и пластическими характеристиками, полученными при гостированних испытаниях на растяжение. Определены критические значения параметра ОНС по величинам упругих модулей и коэффициента Пуассона для исследуемых материалов. Эсперкментально подтверждена зависимость скорости накопления повреждений от степени ОНС. Разработана методика прогнозирования вероятного направления распространения трещины по результатам упругого прочностного расчета.' Проведен расчет, дающий возможность взглянуть на прочность конструкции не только с точки зрения возникающего НДС, но и с позиции реакции ее материала на --.і напряженное состояние.
Практическая ценность. Построеные зависимости пластиче-с:агх и прочностных .свойств от О'Г'С для широкого класса конструкционных сталей, подменяемых , «Томном энергетическом машиностроении, которые позволяют .црг .рзировать поведение этих мате-
риалов в области действия растягивающих напряжении. Сравнение определенных при прочностном расчете конструкций значений показателя ОНС с критической величиной, установленной по упругим
модулям ~ и 'коэффициент!' Пуассона, позволяет-выявить степень
склонности материала к хрупкому разрушению в данных условиях эксплуатации: Используя полученные математические, форлгулы, описывающие зависимость велігчшш показателя чувствительности от .-- ОНС, можно прогнозировать поведение практически любой стали по ее справочным данным, полученных пр'їмостированньгх йспьгганиях на растяжение. Применение предлагаемой методики значительно
сокращает сроки установления. вероятного ~ направления
.. распространения .трещины вслучаеее образования как на стадии
проектирования, так ігпри эксплуатации в случае контроля дальней- ' --- шего развития процесса разрушения.
Основные положения выносимые на защиту. N :
І.Зависимости предельной пластичности и прочности конструкционных сталей, применяемых в атомном энергетическом машиностроении, от ОНС при высоких температурах и скоростях деформации, полученные экспериментально при образцовых испытаниях.
2.Результаты исследования чувствительности предельной пластичности статей'""к ОНС "от"деформационных характеристик, . полученных при испытании тестированных образцов на растяжение.
3.Результаты исследований изменения предельной пластичности и прочности конструкционных сталей от температуры при различных скоростях деформации в зависимости от ОНС.
4. Методика прогнозирования траектории разрушения конструкции по результатам упругого расчета.
5*. Результаты применения параметра, характеризующего ОНС,' ,— ,, Гфи оценке прочности конструкции.
Апробация работы. Основные" резульхатьГ'раббШ 'Докладыва- --—
лись на 3 Всесоюзных научно-технических конференциях и на науч-
но-техшгческих семинарах ОКБМ 1985-199ІГ (сделано 4 доклада).
Публикшми? ТІотеме диссертацииг опубликовано 5 статей и 4 ,.
тезиса докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка литературы из 161 названия. Основ-
.. ной текст занимает 108 листов, иллюстрируется 115 рисунками и 20
таблицами. "-'"- '" Г" - "- ;; -. --