Разрушения материала
Степень разрушения конструкций определяется не только воздействием давления фронта волны, но и торможением движения масс воздуха, следующих за фронтом волны. Динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха, называется давлением скоростного напора. Единица давления скоростного напора, как и избыточного давления, паскаль (Па) или килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс'см-).
Резонанс может быть причиной разрушения конструкций. Резонанс — совпадение частоты собственных свободных колебаний конструкций с частотой толчков от внешних сил. Известны, например, разрушения металлоконструкций мостовых, крановых, стропильных ферм под действием толчков на стыках рельс от движущегося транспорта и кранов, от прохождения по мосту в йогу большой массы людей (воинской части), разрушение стропильных ферм от сообщавшихся толчков (вибрации) мотор-вентилятора и др.
Во время погрузки цемента из стального силоса в железнодорожные вагоны '24 августа 1951 г. у силоса оторвалось коническое днище и рухнувшим цементом в количестве 2,3 тыс. т были произведены большие разрушения конструкций самого силоса, кирпичных стен силосного отделения, воздушных и электрических сетей и железнодорожного состава, находившегося под погрузкой. Паровоз и несколько вагонов были сброшены с железнодорожного пути и опрокинуты. Авария произошла в момент подачи под погрузку очередного вагона.
В соответствии с последствиями аварии, исследованиями, расчетами и заключением экспертов, динамику разрушения изотермического резервуара можно представить следующим образом (рис. 7.10). Имеющиеся деформации окраек днищ и мест отрыва от стенок внутреннего и наружного резервуаров, а также характер разрыва и остаточных деформаций анкерных полос свидетельствуют о повышении напряжений в элементах конструкции сверх расчетных. Причиной возрастания этих напряжений и разрушения конструкций стало резкое увеличение избыточного давления во внутреннем резервуаре. Возникшие вертикальные усилия от стенки внутреннего резервуара через анкеры передавались на верхнюю железобетонную плиту фундамента. Во время повышения избыточного давления все анкеры включились в работу, о чем свидетельствует остаточное сужение площади поперечного сечения всех анкерных полос. Значительная перегрузка анкеров привела к изгибу удерживающей верхней железобетонной плиты фундамента и ее растрескиванию на расстоянии 2,5—3 м от края. Остаточные перемещения краев плиты над стойками составили от 25 до 130 мм.
В настоящее время моделирование применяется при разработке или уточнении методов расчета на прочность и устойчивость, при проверке правильности результатов статического расчета, а в отдельных случаях — при замене аналитического расчета экспериментальным, при невозможности сделать аналитический расчет, при-различных изысканиях, связанных с выбором наиболее рационального конструктивного решения [71]. Оно может быть использовано-не только для проверки расчета, но и для выявления причин разрушения конструкций (подкрановые конструкции, радиомачты: и др.). Для опор линий электропередач (ЛЭП) установлен порядок обязательного испытания натурных конструкций новых систем-с доведением конструкции до разрушения. Моделирование применяется в самой начальной стадии создания проекта и дает возможность выявить напряженное и деформированное состояние конструкций. Насколько нам известно, примеров моделирования аварий других гражданских и промышленных сооружений и имитации аварий на моделях нет.
Взрывные волны действуют на конструкции и сооружения как кратковременные динамические нагрузки. Обычно взрывные воздействия вызывают разрушения конструкций и сооружений. Однако, если взрыв был слабым, или источник взрыва находился на значительном расстоянии, - воздействие взрывной волны не приводит к возникновению деформации и разрушений. Для оценки степени повреждения зданий или других сооружений под воздействием взрывной волны широко используются упрощенные аналитические методы оценки, которые позволяют установить влияние изменения различных параметров нагрузок на напряжения и деформации в конструкции [1].
Взрывные волны действуют на конструкции и сооружения как кратковременные динамические нагрузки. Обычно взрывные воздействия вызывают разрушения конструкций и сооружений. Однако, если взрыв был слабым, или источник взрыва находился на значительном расстоянии, - воздействие взрывной волны не приводит к возникновению деформации и разрушений. Для оценки степени повреждения зданий или других сооружений под воздействием взрывной волны широко используются упрощенные аналитические методы оценки, которые позволяют установить влияние изменения различных параметров нагрузок на напряжения и деформации в конструкции [1].
Проблеме разрушения конструкций и сооружений посвящено огромное число работ, и исследования в этой области продолжаются. Наиболее значимые результаты исследований представлены в изданиях /66, 77, 255, 326, 342...347, 364...369/.
Как видно из примера, возникающая при взрыве нагрузка на ограждающие конструкции может достигать сотен тысяч паскалей. Допустимое же давление для конструкций, при котором они сохраняют несущую или ограждающую способность, значительно меньше давления, развиваемого при взрыве. Данные, характеризующие степень разрушения конструкций и конструктивных элементов в зависимости от избыточного давления, возникающего при взрывах в производственных помещениях, приведены ниже.
Избыточное давление на конструкции. Па Степень разрушения конструкций
Основные положения методики расчета огнестойкости конструкций основываются на известных законах сопротивления материалов и уравнений статики сооружений [122, 1 321. Разрабатывается два подхода при оценке разрушения конструкций в условиях пожара. Один из них основан на унифицированной зависимости "время - температура" стандартного огневого воздействия. Второй - на дифференцированной оценке интенсивности развития пожара [ 1 1 91. Второй метоп получил теоретическое развитие в работах шведских специалистов! 120].
Основным показателем скорости коррозии является так называемая коррозионная проницаемость, т. е. глубина разрушения материала, выражаемая в миллиметрах в течение года (в мм/год).
положению, в котором оказывается человек, опершийся на тростник. Несмотря на быстрый рост перемещения около точки Рс, естественная траектория равновесия OKN везде устойчива, и движение вдоль нее гладко и обратимо (что отмечено-етрелками на рисунке). Говоря это, мы подразумевали, что разрушения материала не происходит и необратимых деформаций не возникает, так что поведение материала является упругим и стержень всегда восстанавливает исходную прямую форму при снятии нагрузки.
положению, в котором оказывается человек, опершийся на тростник. Несмотря на быстрый рост перемещения около точки Рс, естественная траектория равновесия OKN везде устойчива, и движение вдоль нее гладко и обратимо (что отмечено стрелками на рисунке). Говоря это, мы подразумевали, что разрушения материала не происходит и необратимых деформаций не возникает, так что поведение материала является упругим и стержень всегда восстанавливает исходную прямую форму при снятии нагрузки.
При испытании материала на проницаемость самым жестким методом выявлено, что материал не пропускает газового конденсата на тканевую поверхность. При экспозиции ДС-23 в газовом конденсате не отмечалось серьезного разрушения материала. Пленочное покрытие после длительной экспозиции набухает, но при высушивании на воздухе возвращается в исходное состояние. После экспозиции его в газовом конденсате проницаемость материала не ухудшается. Гигиенические и эксплуатационные характеристики материала находятся на допустимом уровне, за исключением показателя светового старения. Особенно следует отметить высокую морозостойкость материала ДС-23 и устойчивость к многократному изгибу при минусовых температурах. Это позволяет рекомендовать материал для эксплуатации в районах Севера. Рецептура покрытия морозорастворителестойкой эластискожи I марки ДС-23 приведена ниже.
Тип материала (упрочняющийся, разупрочняющийся или циклически стабильный) может быть определен по кривым статического разрушения материала (см. рис. 6.19). Разупрочняющемуся материалу свойственна малая равномерная деформация ев, 0,8-соответствующая пределу прочности (кривая 1), упрочняю-
Из всей системы приведенных выше данных вытекает, что в процессы деформирования и разрушения материала вовлекаются как внутренние, так и внешние его слои. При этом сопротивление разрушению, безопасность и ресурс конструкций существенно зависят от многих эксплуатационных и конструкционно-технологических факторов. К последним можно отнести упрочнение, защитные покрытия, текстуру материала, дефектность (поры, включения, не-провары, микротрещины и т.п.), конструкционные концентраторы напряжений, контактные взаимодействия и многое другое. Именно поэтому материаловедческие аспекты предотвращения и локализации катастрофических разрушений занимают одно из центральных мест в механике катастроф как при выборе материалов и технологий изготовления конструкций, так и на стадии расчетного анализа безопасности при аварийных ситуациях.
тельный комплекс для определения изменения температуры (охлаждения и разогрева) материала образца в зависимости от уровня и направления его деформирования, который обеспечивал измерение изменений температуры на его поверхности с точностью до 0,01 °С. Соответствующие статические и циклические испытания, проведенные в условиях вакуума с одновременной регистрацией диаграмм деформирования и диаграмм изменения температуры позволили с привлечением соответствующих термодинамических подходов получить данные об энергетическом балансе при различных условиях разрушения материала и количественные данные об уровнях разогрева материала при возникновении в нем однократной и повторных пластических деформаций.
Приведенные результаты оценки удельных величин составляющих энергии разрушения материала относятся к статическому растяжению. Определение этих характеристик при циклическом нагруже-нии представляет еще большие трудности, поскольку в процессе на-гружения имеет место перераспределение деформаций по образцу с их локализацией в отдельных зонах непосредственно перед разрушением (квазистатическое разрушение). При этом необходима также информация о кинетике диаграмм деформирования и количестве выделившейся тепловой энергии непосредственно для зоны разрушения.
Наиболее простым режимом для анализа рассматриваемых факторов в этом случае является режим жесткого циклического нагру-жения, когда деформацию по всему образцу можно принять в первом приближении равномерной, и разрушение в нем происходит после зарождения и развития усталостной_трещины без образования шейки. Удельная механическая энергия А в этих условиях определяется суммой площадей диаграмм деформирования во всех циклах нагружения, удельная тепловая энергия Q по известным значениям циклической пластической деформации епл, коэффициента fcT и числу полуциклов нагружения может быть подсчитана с помощью уравнения типа (13.33), а удельная поглощенная энергия Е составит их разность. Вычисленные таким образом значения А, Q и Е для образцов из испытанных материалов с различной долговечностью приведены на рис. 13.27, б. Как видно из этого рисунка, во всем исследованном диапазоне долговечностей Йр при циклическом нагружении, а также при статическом разрыве, наряду с ростом первых двух составляющих энергии удельная поглощенная энергия для обоих материалов с некоторым разбросом остается на постоянном уровне. Отметим также, что эта величина достаточно близка к вычисленной на основе соответствующих теоретических представлений энергии разрушения материала А р, которая для железа по справочным данным составляет 101,5 • 107 Дж/м3.
3) вся запасенная в объеме энергия затрачивается на образование поверхностей отрывного разрушения, т е. Еу = Е$, где Е$ = BssSLQ — энергия образования новых поверхностей; ?$ — энергия, затрачиваемая на образование единичной площади свободной поверхности (ее можно считать равной какой-либо из характеристик разрушения материала, например, KCU, G/c, J/c и т.д.); В = const.
2) для ряда материалов сохраняется возможность определения характеристик механики разрушения материала цилиндра, в частности трещиностойкости К 1C- При использовании метода изгиба цилиндрических образцов с кольцевой трещиной на диаметр образца dr накладывается ограничение:
 Читайте далее:
 Реактивных самолетов
Результаты испытания
Реакторного отделения
Реализации программы
Ребристые теплообменники
Редуцирующее устройство
Рефлекторной возбудимости
Регистрации изменения
Регламентируется специальными
Регламентируются соответствующими
Регулярно очищаться
Регуляторы первичного
Результаты измерений
Регулирования процессов
Регулирования технологических
|
