Разработка методов оценки циклических и статических свойств металлических материалов с учетом особенностей технологических построечных операций и возможных режимов эксплуатации корпусов подводных объектов

• Автор: Нигматуллин, Владимир Игоревич
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Экспериментальное исследование циклической трещиностойкости металлических конструкционных материалов

§ 1 Обзор современного состояния изучаемой проблемы

§2 Определение остаточного раскрытия трещины в процессе циклического

нагружения

§3 Определение остаточного раскрытия при последовательном

углублении надреза в призматическом образце

§4 Обработка экспериментальных данных и результаты испытаний с учетом

асимметрии цикла

§5 Циклическая трещиностойкость при коэффициенте асимметрии Яр < 0 и

Глава 2 Циклическая трещиностойкость металлического материала при наличии остаточных сварочных напряжений
§ 1 Расчетно-экспериментальная оценка коэффициента интенсивности напряжений, обусловленного остаточными сварочными напряжениями
§2 Определение остаточного раскрытия трещины в процессе циклического нагружения
§3 Определение остаточного раскрытия при последовательном
углублении надреза в призматическом образце
§4 Оценка коэффициента интенсивности напряжений с учетом сварочных напряжений
§5 Построение зависимостей с1а / сШ — АК1 для сварных соединений
Глава 3 Экспериментальное исследование изменения упруго - пластических свойств металлов после предварительного пластического деформирования и оценка влияния технологических построечных операций на устойчивость круговых цилиндрических оболочек
§ 1 Экспериментальное исследование упруго - пластических свойств металлов
после предварительного пластического нагружения
§2 Учет влияния предварительного пластического деформирования при
экспандировании трубы
§3 Учет влияния предварительного пластического деформирования при
формировании цилиндрической оболочки путем холодного загиба
Заключение
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Список использованных источников

Введение
Прочность и надежность конструкций корпусов подводных объектов в значительной степени определяется механическими свойствами используемых материалов и особенностями принятых технологических процессов. Эти процессы могут оказывать отрицательное воздействие на поведение конструкций как непосредственно (появление дефектов, полей остаточных напряжений) так и путем изменения механических свойств материала. Внедрение в судостроение новых корпусных материалов и технологических процессов, таких как глубокое пластическое деформирование «в холодную», экспанди-рование труб, вызывает необходимость изучения влияния этих процессов на прочность.
Не менее важной для обеспечения прочности и работоспособности корпуса является проблема детального учета и оценки характера эксплуатации его конструкций в отношении переменности нагрузок.
Хотя оба этих направления работ были в поле внимания специалистов в области прочности конструкций, степень проработанности отмеченных вопросов нельзя признать удовлетворительной. Так, например, не подвергались подробному анализу такие вопросы, как роль эффекта Баушингера, асимметрии напряженного состояния в районах возможных дефектов конструкции, влияние остаточных сварочных напряжений и ряд других.
В предлагаемой диссертационной работе автором экспериментально исследованы указанные факторы. Показано существенное влияние коэффициента асимметрии цикла на кинетику роста усталостной трещины. Предложено аналитически получать критическое значение коэффициента интенсивности напряжений по результатам испытаний при различных коэффициентах асимметрии цикла. Проанализировано различие между коэффициентом асимметрии цикла по нагрузке и по коэффициенту интенсивности в вершине трещины при различных случаях нагружения. Рассмотрено влияние эффекта Баушингера на устойчивость цилиндрических оболочек и подводных трубопроводов.
Автором созданы уточненные методы прогнозирования малоцикловой (число циклов 103 з- Ю4) и статической прочности металлических материалов в составе корпусов подводных объектов с учетом реальных условий нагружения конструкций и изменения механических свойств материала под воздействием технологических процессов.
Разработанные автором в диссертационной работе новые уточненные оценки механических свойств материала расширяют объем информации, характеризующей циклическую долговечность сварных соединений и элементов конструкции прочного корпуса, и позволяют дать обоснованную оценку допускаемых циклических напряжений в сварных соединениях, соответствующих заданному количеству циклов нагружения.
В диссертационной работе выбраны следующие направления работ:
- анализ и обобщение результатов исследований закономерностей поведения металлов в области малоциклового нагружения; разработка методов экспериментальных исследований усталостного разрушения металлов при наличии усталостной трещины;
- экспериментальное исследование распространения трещин в материале при циклических нагрузках на последнем этапе ее роста при размахе коэффициента интенсивности напряжений, близком к критическому;
- выявление и разработка методов экспериментального определения новых параметров, отражающих специфику поведения трещины в конструкции на предкритическом этапе ее развития;
- экспериментальное исследование и последующая разработка методов учета влияния остаточных сварочных напряжений на циклическую трещино-стойкость элементов конструкции;
- выявление параметров, характеризующих изменение упруго - пластических свойств материала при изменении знака приложенной внешней нагрузки, и оценка влияния их изменения на характеристики прочности и надежности конструкций.
При выполнении работы получены следующие основные результаты:

ный размах коэффициента интенсивности напряжений имел значение АЛГ1 = 1500 МПа-мм0,5. На рисунке указаны значения К1тт, которые были зафиксированы на каждом образце перед разрушением. Эти результаты свидетельствуют о том, что
- асимметрия цикла существенно влияет на рост усталостной трещины на последней стадии ее распространения;
- конечные зафиксированные значения К]тш близки друг другу и лежат в диапазоне 4112-^4577 МПа-мм0,5; это соответствует критерию Р. Формена, согласно которому при приближении КЫт к К]с скорость роста усталостной трещины неограниченно возрастает.
^ = 0,
N= 12320 циклов

Размах коэффициента интенсивности напряжений ДК? МПа-мм

И = 0.
N = 9000 циклов
Я, = 0,
N = 2900 циклов
Л, = 0,
Л^= 1620 циклов
Рисунок 10 - Зависимость скорости роста усталостной трещины на воздухе о г размаха коэффициента интенсивности напряжений; на рисунке приведены значения числа циклов N от начала испытаний до разрушения