Оценка прочности деталей с трещинами в условиях низких температур на основе двухпараметрического критерия

• Автор: Кулаго, Сергей Львович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 109 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования
1Л. Краткая характеристика проблемы хладноломкости
1.2. Физические основы хладноломкости
1.3. Методы определения температуры хладноломкости материалов
1.4. Основные критерии механики разрушения и их применение
для оценки хладноломкости деталей
1.4.1. Коэффициент интенсивности напряжений
1.4.2. Критерий раскрытия трещины у вершины
1.4.3. Энергетические критерии
1.5. Предлагаемый двухкритериальный подход к оценке несущей способности деталей с трещинами при низких температурах
ГЛАВА 2. Обоснование применимости двухкритериального подхода к оценке прочности деталей при низких температурах
2.1. Анализ закономерностей пластического деформирования материалов при низких температурах
2.2. Механизмы разрушения и их связь с видом напряженного состояния
2.3. Функция предельной пластичности и ее практическое построение
2.4. Приставка для испытания материалов при низких температурах
2.5. Экспериментальные исследования пластичности стали Ст.З при нормальных и низких температурах
ГЛАВА 3. Элементы теории метода конечных элементов и основы алгоритма оценки прочности деталей с трещинами при низких температурах
3.1. Некоторые общие положения метода конечных элементов и особенности его применения в задачах механики разрушения
3.2. Алгоритм формирования локальной и глобальной матриц жесткости
и моделирование трещины
3.3. Общий алгоритм оценки несущей способности деталей
3.4. Программа «Crack grow» интерпретации результатов расчетов
ГЛАВА 4. Расчет нагрузочной способности деталей с трещинами в условиях низких климатических температур по разработанной методике
4.1. Тестирование программного комплекса
4.2. Расчет роста трещин при нормальной и пониженной температурах
4.3. Экспериментальная проверка разработанного подхода к оценке
роста трещин при низких температурах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Значительная часть полезных ископаемых нашей страны расположена в районах с низкими климатическими температурами. По некоторым оценкам до 60% запасов углеводородного сырья залегает в полярных и приполярных зонах. Это означает, что в настоящее время и в ближайшие десятилетия в этих районах будет происходить интенсивное развитие добывающих отраслей, создание и развитие хозяйственной инфраструктуры.
Добыча и транспортировка полезных ископаемых связана с использованием различной крупногабаритной техники: буровое оборудование, грузоподъемные устройства, драги, дорожно-строительная техника. В эксплуатации находится большое количество различных сооружений, емкости для хранения и очистки газов, перекачивающие станции, различные продуктопроводы. Значительная часть техники и оборудования поставляется в серийном исполнении, не приспособленном к работе при низких температурах. В условиях Севера техника выходит из строя чаще, чем в условиях средней полосы. Это связано с тем, что некоторые широко применяемые конструкционные стали обладают свойством хладноломкости. У них проявляется склонность к хрупкому разрушению, резко снижается вязкость разрушения. При понижении температуры, у таких сталей возрастают предел текучести и предел прочности, но падает пластичность. Комбинация такого изменения свойств приводит к облегчению зарождения трещин и ускоренному их росту при возникновении.
Основным приемом повышения надежности техники на стадии проектирования является надлежащий выбор материалов наиболее нагруженных деталей. При этом перечень материалов, из которых есть возможность выбора, не слишком велик, поскольку действуют различные ограничения, связанные в основном, со стоимостью материалов и их технологическими свойствами.
Приемы оценки хладноломкости материалов базируются на ударных испытаниях различных образцов с концентраторами при нормальных и низких температурах. Наибольшее распространение получили испытания на изгиб

ГЛАВА 2. Обоснование применимости двухкритериального подхода к оценке прочности деталей при низких температурах
Приведенный в первой главе анализ показывает, что принципиальных препятствий применению нового двухпараметрического подхода к оценке хладноломкости деталей не существует. Трудности есть, но они носят технический характер и вполне преодолимы. Одним из преимуществ нового подхода является то обстоятельство, что не требуется испытаний образцов с трещинами.
Для оценки хладноломкости деталей предложенным методом необходимо располагать следующими исходными данными, характеризующими свойства материалов при низких температурах: предел текучести с>т ((Год), диаграмма деформирования в координатах О; — 8], функция предельной пластичности ( Г) —8;П) сопротивление отрыву ак, упругие константы.. Остановимся подробнее на обосновании применимости двухкритериального подхода при низких температурах и обсуждении функции предельной пластичности.
2.1. Анализ закономерностей пластического деформирования материалов
при низких температурах
Поскольку предлагаемый двухкритериальный подход к моделированию роста трещин основан на общих закономерностях пластического деформирования и разрушения материалов, сформулированных для нормальных температур, он будет применим в тех условиях, при которых эти общие закономерности сохраняются. В первую очередь это касается условия перехода в пластическое состояние, гипотез теории пластичности и существования функции предельной пластичности. Кратко проанализируем влияние низких температур на закономерности пластического деформирования.