Расчет элементов на выносливость с учетом хрупкого разрушения

Деформации материалов приводят к авариям и разрушениям всего здания. В единой сложенной системе один вышедший из строя элемент на первом этаже может стать причиной обрушения всего дома.

Хрупкое разрушение

В металлических конструкциях разрушение состоит из трех стадий, в начале появляются трещины субмикроскопических размеров, затем они начинают развиваться, и происходит разделение конструкции на отдельные части. Эта ситуация недопустима, и все расчеты ведутся от обратного, для того, чтобы определить, каких габаритов сечение должно быть, чтобы выдержать нагрузку при любом стечении неблагоприятных обстоятельств.

Для металлов выделяют три вида напряжений:

• сжимающие напряжения, они, как правило, не приводят к разрушениям;
• растягивающие напряжения, которые приводят к разрушению путем отрыва или скола;
• касательные напряжения, которые приводят к разрушению путем среза.

Между хрупким и пластичным разрушением можно найти несколько различий. При хрупком разрушении могут наблюдаться пластические деформации, но они как правило незначительны, при пластическом разрушении деформации могут развиваться медленно и долго. Хрупкое же разрушение наступает быстро и внезапно, ему соответствует высокая скорость развития событий. Хрупкое разрушение может развиваться и при невысоких напряжениях.

Место образования трещин чаще всего можно найти у дислокаций или препятствий, это также могут быть границы зерен, избыточные фазы, двойники. Хрупкая трещина обычно разрастается вдоль кристаллографической плоскости, имеющей малые индексы. При этом поверхность излома будет иметь характерный «реечный узор». Хрупкое разрушение может быть межзеренным, например, в сплавах и технических металлах, оно будет располагаться по границам зерен.

Хрупкость сварных соединений меняется под воздействием различных факторов, в числе которых химический состав металла, тип кристаллической решетки, фазовый состав, размер структур. Значение имеют и внешние факторы, такие как температура воздуха, условия нагружения, форма и размер деталей, характер окружающей среды, скорость нагружения.

Хрупкое разрушение проходит в два скоротечных этапа, на первом возникает хрупкая трещина, на втором наблюдается нестабильное ее развитие.

Чтобы выявить склонность металла к хрупкому разрушению, проводят испытания, в том числе испытания при низких температурах. Эти испытания позволяют идентифицировать температуру хладноломкости. Также проводятся испытания на ударный изгиб и определение ударной вязкости материала. Испытания при повышенных температурах связаны с тем, что происходят процессы старения, упорядочения и оплавления легкоплавких фаз. Красноломкость, это вид хрупкости при высоких температурах обработки металла (850-1150 градусов Цельсия).

Расчет элементов на выносливость с учетом хрупкого разрушения

Хрупкое разрушение может возникнуть также, как и вязкое. Стальные элементы, которые воспринимают нагрузки различного характера, в том числе вибрационные, динамические, подвижные, сейсмические (количество циклов более 105) проверяют в учетом наименьшей концентрации напряжений.

Также расчет на выносливость применяют к таким сооружениям как:

• дымовые трубы;
• мачты;
• башни;
• антенны;
• подъемно-транспортные сооружения.

Согласно формуле значение должно быть меньше произведения расчетного сопротивления на выносливость, наибольшего значения нормальных напряжений и коэффициента, учитывающего количество циклов нагружений. Количество циклов нагружений при расчете принимается согласно требованиям технологии.

С учетом хрупкого разрушения рассчитываются растянутые элементы и элементы, имеющие внецентренно растянутые зоны растяжения.

Рисунок 1. Расчет элементов на выносливость с учетом хрупкого разрушения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Хрупкое разрушение является очень опасным из-за того, что наступает внезапно без серьезных нагрузок. Специальные испытания позволяют заранее определить условия развития хрупкого разрушения и избежать их при работе.