Методы определения предельных нагрузок и ресурса керамического изделия

• Автор: Никольский, Сергей Григорьевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
B.I. Цель работы и ее актуальность
В.2. Выбор направления работы я ее содержание
В.З. Краткие сведения об исследованных керамиках и
объемах статистических опытов
1. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НА БАЗЕ ЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИКИ ВРЕМЕНИ
ДО РАЗРУШЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ а О
1.1. Элементы линейной механики, используемые в работе ЦСз
1.2. Проверка известной методики прогнозирования времени
до разрушения при постоянном напряжении
1.3. Статистики изломов стержней при кратковременном
и длительном изгибе
1.4. Напряжения при изгибе в зоне приложения силы
1.5. Время до разрушения при стационарном циклическом нагружении
1.6. Выводы
2. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ КЕРАМИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ
2.1. Методика регистрации параметров акустической эмиссии., Si
2.2. Акустическая эмиссия при монотонном нагружении до разрушения
2.3. Акустическая эмиссия при выдержке под постоянной нагрузкой и при разгрузке
2.4. Прогнозирование разрушающей нагрузки при монотонном нагружении
2.5. Определение максимальной неразрушающей нагрузки
2.6. Выводы

3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ КЕРАМИКИ С ПОМОЩЬЮ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
3.1. Вариаций разрушающей и максимальной неразрушащей нагрузки при изменении направления изгиба или температуры изделия
3.2. Разрушение при стационарном нагружении
3.3. Определение с помощью акустической эмиссии показателя степени в кинетическом уравнении развития трещины
3.4. Анализ экспериментальных результатов с позиций
теории термофлуктуационного разрушения
3.5. Выводы
4. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Определение кинетического уравнения изменения прочности
4.2. Определение наибольшего и наименьшего значений максимальной неразрушащей нагрузки при изгибе изделия
4.3. Прогнозирование долговечности конкретного изделия
и погрешности прогнозирования
4.4. Использование новых методов для других материалов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Й ВЫВОДИ..,
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
БД. Цель работы и ее актуальность
Развитие энергетики /ядерной техники, создание магнитных гидродинамических генераторов МГД, совершенствование газотурбинных агрегатов ГТА и тли/ требует разработки и внедрения материалов, надежно работающих при воздействии высоких температур, механических нагрузок и химически активных сред. В этих условиях целесообразно вместо металлов использовать керамические материалы на основе карбидов» нитридов и оксидов» Они имеют невысокую удельную массу, низкий коэффициент температурного расширения, высокую коррозионную и эрозионную стойкость, удовлетворительную прочность и жесткость при температурах более 1000 °С. Запасы сырья для получения таких керамик практически неограниченны, и стоимость его существенно ниже стоимости никеля, кобальта, вольфрама и других компонентов жаро- и коррозионностойких сплавов. Новое поколение керамических материалов, разработанных для замены металлических элементов конструкций, называют конструкционной керамикой. Изготовление из такой керамики проточной части ГТА позволяет делать его неох-лаждаемым [142], повышать рабочую температуру до 1400 и выше, а коэффициент полезного действия - с 26 до 45 % [28, 135], При этом высокая коррозионная стойкость керамики разрешает использовать низкосортное топливо, за счет чего ежегодная экономия в США достигает 5*1010 долларов [135],
Развитие физики твердого тела и технологии керамик привело к созданию оптически прозрачных керамик, поликристаллических полупроводников и диэлектриков с такими специфическими особенностями поведения в электрическом, магнитном и других ПОЛЯХ,

от кратковременного к длительному разрушению увеличивает долю
изломов со следами развития трещин от НЛ с 0,2 % до 15-27 %.
Снижение этого процента по сравнению с процентом для фарфора связано, по~ввдамому, с тем, что на темных изломах феррита с межзереиным разрушением невозможно уловить следа, показанные на рис.14а.
Учитывая, что увеличение размеров изделия облегчает фрак-тографический анализ, 4 опорных стержневых изолятора типа УСТ-110 довели до разрушения за 21-46 дней, ступенчато повышая нагрузку через 7 дней. Нагрузку, перпендикулярную оси, прикладывали непосредственно к верхнему фланцу, используя установку, описанную в работе [88]. Все 4 изолятора разрушились на границе заделка* Один из остатков хвостовика изолятора, извлеченный из нижнего фланца после его распиловки, показан на рис.15. На поверхностях разрушения явно видно то, что не всегда просматривается на изломах образцов: следы развития трещины сдвига от НЛ в зону растяжения и в перпендикулярной плоскости, т.е, плоскости нейтрального слоя. У одного изолятора при разрушении на границе заделки образовался диск толщиной 2 им, прикрывавший трещины, показанные на рис.15. При этом на изломе изолятора были четко видны волны Вальнера, определяющие расположение дефекта, ответственного за разрушение отрывом /как при кратковременном нагружении аналогичных изоляторов [93] или стеклянных образцов [58]/.
Характер изломов при длительном разрушении /см,рис.13 и 14/ можно объяснить лишь возрастающей ролью касательных напряжений при переходе от кратковременного разрушения к длительному. Одно из таких объяснений сводится к следующему(рис.16).
В изделии трещина сдвига стартует при значении КИН К0ц<К0|» но развитие трещины сдвига происходит более вяло, чем трещины