![](/user_photo/_userpic.png)
книги / Напряженное состояние и прочность оболочек из хрупких неметаллических материалов
..pdfповторно-статических испытаний |
Параметры длительных ис |
|
пытаний |
Разрушающее давле ние, МПа
Расчетное напря жение в стекле, МПа
в цикле |
при раз рушении |
Число |
Давле- |
Время |
Расчет |
Примечание |
|
под на |
ное |
на |
|
||
ЦИКЛОВ |
ние на |
грузкой |
пряже |
|
|
до раз |
груже |
или до |
ние |
в |
|
руше |
ния, |
разру |
стекле, |
|
|
ния, п |
МПа |
шения,- |
МПа |
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|
_ |
|
|
|
_ |
___ |
_ |
|
|
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
|
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— Герметизация |
стыка |
ни |
|
|
|
|
|
|
|
трошпаклевкой |
|
||
|
|
|
|
|
|
Протирка |
контактных |
по |
|
|
|
|
|
|
|
верхностен |
вакуумной |
||
—- |
|
|
|
|
— |
смазкой |
— |
|
|
— |
— |
— |
— |
— |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Протирка |
контактных |
по |
|
|
|
|
|
|
|
верхностей |
вакуумной |
||
|
|
|
|
|
|
смазкой |
|
|
|
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Исходные дефекты стекло- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
элемента (мелкие сколы |
||||
|
|
|
|
|
|
|
наружной кромки |
опор |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ной поверхности) |
|
|||
28,4 |
647 |
313 |
2 |
|
|
|
После |
предварительного |
|||
|
|
|
|
|
|
|
однократного |
нагруже |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ния |
оболочки |
на |
опор |
|
|
|
|
|
|
|
|
ной |
поверхности |
обра |
||
|
|
|
|
|
|
|
зовались сколы до 0,6 мм |
||||
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Химическое |
упрочнение |
|||
|
|
торцов стеклоэлементов |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
— |
|
|
|
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Химическое |
упрочнение |
|||
|
торцов стеклоэлементов |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
31,4 |
647 |
345 |
1 |
|
|
|
После |
предварительного |
|||
|
|
|
однократного |
нагруже |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ния |
оболочки |
на |
опор |
|
|
|
|
|
|
|
|
ной |
поверхности |
обра |
||
|
|
|
|
|
|
|
зовались сколы до 0,5 мм |
||||
33,3 |
647 |
367 |
2 |
— |
— |
— |
|
То же |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
Защита торцов стеклоэле |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ментов |
полимерным |
|||
|
|
|
|
|
|
|
покрытием |
|
|
|
|
— |
— |
— |
— |
|
|
|
Комплексное |
упрочнение |
|||
|
|
|
и защита торцов стекло |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
элементов
![](/html/65386/197/html_PQrh6JHllo.h1u2/htmlconvd-dOVPPc182x1.jpg)
повторно-статических испытаний |
Параметры длительны х ис |
|
пытаний |
|
Расчетное н а п р я |
||
|
ж ение |
в стекле, |
|
Разру* |
|
М Па |
|
таю щ ее |
|
|
|
д а в л е |
4) |
а § |
|
ние, |
3 |
||
МПа |
|
||
X |
хВ |
||
|
|||
|
X |
а>» |
|
|
а |
с о. |
—— —
28,9 |
647 |
319 |
31,9 |
647 |
351 |
33,3 |
647 |
367 |
35,3 |
647 |
388 |
17,2 |
431 |
189 |
21,6 |
313 |
237 |
23,7 |
313 |
261 |
25,5 |
313 |
2 8 0 |
20,1 |
297 |
2 2 2 |
2 1 ,6 |
297 |
237 |
23,5 |
297 |
259 |
*—
Ч и с л о |
Д авле- |
Время |
Р а с ч е т |
П рим ечание |
|
циклов |
под на |
ное |
на |
|
|
до р а з |
ние на |
грузкой |
п р яж е |
|
|
руш е |
гр у ж е |
или до |
ние |
в |
|
ния, |
ния, |
р азр у |
стекле, |
|
|
п |
МПа |
шения, |
М П а |
|
ч
— |
— |
— |
2 |
— |
— |
4 |
— |
— |
5 |
— |
— |
4 |
— |
— |
2 |
|
|
7 |
— |
— |
6 |
— |
— |
6 |
— |
— |
8 |
— |
— |
3 |
— |
— |
6 |
— |
— |
|
10 |
100 |
|
2 0 |
2 |
|
10 |
100 |
|
2 0 |
2 2 |
|
10 |
60 |
— |
|
|
— |
Комплексное упрочнение |
||
|
и защита торцов стек- |
||
|
лоэлементов |
||
— |
Исходные дефекты стекло- |
||
— |
элемента |
(сколы торца) |
|
|
|
— |
|
— |
|
|
— |
|
Смазка |
контактных по |
|
|
верхностей солидолом |
||
|
Исходные дефекты стекло- |
||
|
элемента |
(сколы кромок |
|
|
опорной |
поверхности |
|
|
до 0,6 |
мм) |
|
— |
|
|
— |
— |
|
|
— |
— |
|
|
— |
—
— —
— —
115 Герметизация стыка ни-
230трошпаклевкой. Сколы торцов стеклоэлементов
иразгерметизация обо лочки
115
230 Мелкие сколы торцов стеклоэлементов и раз герметизация оболочки 115 Разгерметизация оболоч
ки
Значительное локальное разрушение опорной по верхности стеклоэлемента
То же
Предварительная притир ка контактных поверх ностей с применением воска
![](/html/65386/197/html_PQrh6JHllo.h1u2/htmlconvd-dOVPPc184x1.jpg)
повторно-статических испытаний
|
Расчетное |
напря |
|
|
жение в стекле, |
|
|
Разру- |
МПа |
■ |
Число |
шающее |
о |
циклов |
|
давле |
■S |
до раз |
|
ние, |
4 |
m Я |
руше |
МПа |
X |
2 Я |
ния, п |
5 |
о-С) |
||
|
=1 |
хВ |
|
|
ш |
х с. |
|
- |
_ |
|
|
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
_ |
|
__ |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
__ |
__ |
- |
__ |
|
—- |
— |
—— |
18,6 |
712 |
225 |
2 |
23,0 |
712 |
278 |
6 |
30,9 |
712 |
374 |
3 |
35,3 |
712 |
427 |
3 |
37,5 |
712 |
451 |
4 |
11,8 |
356 |
142 |
3 |
16,7 |
356 |
202 |
11 |
19,1 |
356 |
231 |
3 |
19,1 |
356 |
231 |
8 |
23.0 |
356 |
278 |
6 |
26.0 |
356 |
315 |
2 |
Параметры длительных |
ис |
|
||
|
пытаний |
|
|
|
Давле- |
Время |
Расчет |
Примечание |
|
под на |
ное |
на |
|
|
ние на |
грузкой |
пряже |
|
|
груже |
или до |
ние |
в |
|
ния, |
разру |
стекле, |
|
|
МПа |
шения, ч| |
МПа |
|
|
|
|
_
——
——
——
——
——
——
-
——
——
——
——
——
_ |
|
|
|
— |
_ |
|
|
Исходные дефекты стекло- |
|||
элемента (сколы |
кромок: |
||
опорной |
|
поверхности |
|
до 0,9 мм) |
|
|
|
— |
То |
ж е |
|
Химическое |
упрочнение- |
||
торца |
стеклоэлемента. |
||
Части чное |
разруш ение |
||
стеклоэлемента, |
повре |
||
ж дения |
и |
сколы опор |
|
ной поверхности |
|
||
— |
— |
|
—Химическое упрочнение-
торца |
стеклоэлемента |
— |
— |
— |
— |
Комплексное упрочнение и защита торца стеклоэлемента
Исходные дефекты стекло
элемента: |
вскрытый га |
||
зовый пузырь и |
сколы |
||
на опорной поверхности |
|||
Частичное |
|
разруш ение |
|
стеклоэлемента, |
повре- |
||
ждения |
и |
сколы |
опор |
ной поверхности |
|
||
— |
— |
|
|
— |
|
|
|
— |
— |
|
Исходные дефекты стекло элемента (сколы опор ной поверхности)
Химическое упрочнение торца стеклоэлемента. Частичное разруш ение стеклоэлемента, круп ный скол опорной по верхности
—- ——
— Х имическое упрочнение торца стеклоэлемента
|
|
|
П ар ам етр ы о д н о к р а т |
||||
|
М атер и ал |
в ст а вк и |
ных к р а т к о в р е м е н |
||||
|
|
|
|
ных |
и спы тани й |
||
* |
Тип оболочки» схем а |
|
|
со |
Р асч етн о е |
на |
|
|
|
п р я ж е н и е |
при |
||||
>. |
соединения |
|
|
|
|||
а |
|
I s |
р азр у ш ен и и , |
||||
н |
|
|
|||||
о |
|
|
|
|
М П а |
|
|
о |
к о л ьц а |
диска |
3 |
к |
|
|
|
* |
|
|
а |
х |
|
|
в |
о. |
|
|
>» о> |
|
|
||
4> |
|
|
со а |
ке |
|
ат |
|
S |
|
|
а ч |
|
|
|
|
|
|
«0 |
са |
в ст ле |
во вс ке |
||
о |
|
|
а |
ч |
|||
X |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Изм енение
на гр у з к и в цикле»
МП а
62 1—29—1
€3
«4
«5
^поверхностях, так как оно начинается под действием интенсивного повреждения опорной поверхности стеклоэлемента при работе в усло виях фрикционного контакта с большим удельным давлением. Н а рис. 51 представлен общий вид некоторых конструкций после испыта ния, а также фрагменты опорной поверхности хрупкого элемента с хо рошо видимыми повреждениями; трещины свидетельствуют о действии высоких напряжений в стекле. Повреждения, первоначально образовав шиеся на внутренней кромке опорной поверхности, постепенно ох ватывают всю площадь контактирования. Трещины, возникающ ие на поверхности разъема и обусловливающие вырывы материала, не р аз виваются в направлении полюса, а на расстоянии двух-трех толщин выходят на внутреннюю боковую поверхность сегмента. И счерпание несущей способности конструкции происходит после сквозного р аз рушения опорной поверхности.
Указанные особенности всецело подтверждены при кратковре менных испытаниях полусферического иллюминатора с телесным уг лом 0,83я ср, опирающегося на стальное кольцо по конической поверхности с таким же углом при вершине, которое покоится на жест ком стальном опорном диске толщиной 45 мм. В данном случае качест венной подгонкой элементов без промежуточных прокладок осущ е ствлено плотное опирание без начального несоответствия в сопряж ении. Конструкция описанного типа практически показала тот ж е уровень прочности (см. табл. 17); характер накопления повреждений и разру-
повторно-статических испытаний |
Параметры длительных ис |
|
пытаний |
|
Расчет» ое напря- |
|
|
жение I стекле, |
|
Разру |
|
МiUa |
шающее |
|
|
давле |
<У |
я 5 |
ние, |
Ч |
га К |
МПа |
£ |
ft53 |
Я |
a Э |
|
|
Я |
|
|
а * |
|
|
Я |
я а |
Число |
|
Время |
Расчет |
||
Давле |
под на |
||||
ное |
на |
||||
циклов |
ние на |
грузкой |
пряже |
||
до раз |
груже |
или до |
ние |
в |
|
руше |
ния, |
разру |
|||
стекле, |
|||||
ния, п |
МПа |
шения, |
МПа |
||
|
|
ч |
|
|
27,5 |
356 |
332 |
6 |
|
|
|
— |
— |
— |
— |
10 |
100 |
119 |
|
|
|
|
20 |
76 |
237 |
— |
— |
— |
— |
10 |
100 |
119 |
|
|
|
|
20 |
100 |
237 |
|
|
|
|
29 |
32 |
356 |
— |
— |
— |
— |
10 |
100 |
119 |
|
|
|
|
20 |
100 |
237 |
|
|
|
|
29 |
100 |
356 |
Примечание
—
Локальное разрушение опорной поверхности стеклоэлемента
—
—
Локальное разрушение опорной поверхности стеклоэлемента
—
—
Значительные сколы (до 3,5 мм) опорной поверх ности стеклоэлемента
шение стеклоэлементов соответствовали ранее установленным. Состав ные системы, в которых стеклоэлементы имели начальные технологи ческие дефекты опорных поверхностей и кромок в виде мелких сколов, вскрытых газовых пузырей, инородных включений, разрушались при
пониженной нагрузке, равной |
40,2—79,4 МПа, и напряжениях 486— |
932 М Па. П редварительная |
притирка контактных поверхностей с |
использованием воска, нитрокраски, вакуумной смазки, солидола и другого не позволила получить положительного эффекта! несущая способность стеклоэлемента осталась на прежнем уровне, а в некото рых случаях, как, например, при опробовании нитрошпаклевки — ПФ -00-2, зафиксировано понижение разрушающей нагрузки до 11,8 МПа. Применение полимерного защитного покрытия торцов стек-
лоэлементов дало аналогичный |
результат! разрушающее давление и |
соответствующее ему напряжение |
понизились до 29,9 и 329 МПа. |
Л окальное упрочнение опорных поверхностей химическим травле |
нием в водном растворе кислот по ранее описанной методике не приве ло к ожидаемым результатам и не улучшило соединение! при первичном нагруж ении не зафиксировано повышение прочности стеклоэлемен та — разрушающие нагрузки леж али в пределах 66,7—87,3 МПа, им соответствовали напряжения 807— 1021 МПа. Изучение обломков конструкций после испытаний позволило зафиксировать эффект разупрочнения опорной поверхности стеклоэлемента вследствие механического контактного взаимодействия разнородных деталей. Это
![](/html/65386/197/html_PQrh6JHllo.h1u2/htmlconvd-dOVPPc188x1.jpg)
ремещение кромки стеклоэлемента через край канавки вызывает смя тие металла. Следствие такого явления — низкий уровень разрушаю щего давления, который не превышал 33,3------- 35,8 МПа.
Следующим этапом явились испытания при повторно-статическом нагруж ении конструкций. Х арактер роста и спада внешнего давления соответствовал ранее описанным. В ходе испытаний максимальное дав ление для различны х оболочек различно, однако во всех эксперимен тах форма циклов нагружения одинакова. Основные параметры на грузок и результаты испытаний конструкций представлены в табл. 17. Эти данные свидетельствуют об ограниченной работоспособности стек лоэлемента с непосредственным опиранием на металл: при нагружениях по различным программам разрушение происходило после 3— 11 цик лов при очередном повышении давления до уровня 0,6 максимального, расчетные значения максимальных напряжений находились в пределах 202— 451 М Па. В среднем долговечность всех конструкций составля ла 4— 5 циклов; некоторые разруш ались на первом цикле, максималь ная долговечность — 11 циклов достигнута в изделиях с минималь ными технологическими дефектами. Разрушение всегда происходило в ходе очередного цикла повышения давления при 0,5—0,8 максималь ной нагрузки в цикле.
Д л я изученного диапазона нагрузок отмечено, что верхний уровень давления в цикле практически незначительно влиял на долговечность конструкции. Повторяющиеся проскальзывания сегмента существен
но снижаю т прочность стеклоэлемента вследствие высоких |
контакт |
ных напряж ений, вызывающих интенсивное повреждение |
опорных |
поверхностей и развитие имеющихся там дефектов. Появление микро скопических вырывов в стекле определяется низкой контактной проч ностью м атериала при работе в условиях фрикционного контакта микрош ероховатых поверхностей и относительно высокого сжимающего удельного давления. Скорость роста микроскопических дефектов, вызывающих формирование и развитие трещины до критического раз мера, увеличивается по мере повышения уровня нагружения. При большем уровне напряжений рост трещины происходит в течение двух — четырех циклов; с этим же, по-видимому, связан более высокий уровень разрушающих напряжений в стекле при испытаниях в условиях более высокого давления.
Проведенные опыты позволили отметить определяющую роль предыстории нагруж ения на долговечность конструкции при действии повторно-переменного внешнего давления. Конструкции, подверг нутые предварительному однократному нагружению давлением, со ставляю щ им 0,9 разрушающего, при последующем повторно-стати ческом нагруж ении разруш ались на 1—2 цикле в ходе повышения давления при 0,5—0,8 максимальной нагрузки в цикле. Принимая во внимание то, что максимальная нагрузка в цикле составляла 0,6 сред ней кратковременной, а расчетные значения максимальных напряже ний в стекле при повторно-статическом нагружении, соответствующие моменту разруш ения, колебались в пределах 313—367 МПа, можно констатировать отрицательную роль предварительного нагружения конструкций с непосредственным стыком стеклоэлемента и металла
до нагрузок, превышающих таковые при циклическом нагруж ении, на долговечность изучаемого соединения.
При создании надежных конструкций с непосредственным стыковым соединением стеклоэлементов и инородных вставок особое значение приобретает контроль качества деталей сборки. Составные системы, в которых стеклоизделия имели ранее отмеченные начальные техноло гические дефекты опорных поверхностей и кромок, разруш ались, как правило, на 2—3 цикле при внешних нагрузках, равных 11,8— 28,9 МПа. Нагружение конструкций, в которых элементы тщ ательно притирали по посадочным поверхностям с использованием смазки, не позволило зафиксировать повышения долговечности стеклоэлемента. П римнениее дополнительной механической шлифовки боковых поверхностей тор
цов стеклоэлементов с целью |
снижения их разнотолщ инности |
до |
|||
11,1— 11,4 |
мм практически не |
дало положительного |
эффекта и |
не |
|
позволило |
обеспечить надежную |
работоспособность |
узла сты кового |
||
соединения даже при 10-кратных |
нагруж ениях. |
|
|
Испытания систем со стеклоэлементами, подвергнутыми л о к ал ь
ному химическому травлению в водном растворе кислот, |
позволили |
|
установить ресурс работоспособности малодефектного в |
контактной |
|
зоне элемента! разрушение сегмента наступало |
на 2— 3 |
цикле. Н а |
основании последнего сделан вывод о том, что |
фрикционное повре |
ждение малодефектного стекла, полученного химическим травлением, опасно. Это хорошо согласуется с исследованиями, представленными в работе 1911.
Сопротивление разрушению конструкций при длительном действии статической нагрузки, которая выдерж ивалась постоянной в течении 100-часового периода при ступенчатом повышении давления 10 М Па, свидетельствует об ограниченной долговечности исследуемой системы. Конструкции, как правило, не выдерживали предложенной программы испытаний из-за разрушения опорной поверхности стеклоэлемента на второй-третьей ступени после 176—232 ч непрерывной работы и разгерметизации внутреннего объема на всех трех ступенях нагру жения (см. табл. 17).
На основании изложенного следует сделать следующие выводы! составные оболочечные системы с непосредственным опиранием стекла на металл по поверхности разъема могут быть использованы только для однократного кратковременного нагружения внешним гидростати ческим давлением порядка 0,2 расчетного значения разруш аю щ его давления для использованных элементов; такое конструктивное реше ние разъемного соединения не обеспечивает надежного сопротивления разрушению стеклоэлемента при длительном действии статической нагрузки и работоспособности при повторных нагруж ениях, т. е. оно неприемлемо в указанных условиях эксплуатации; расчет позволяет получить результаты, сопоставимые с экспериментом, и может быть использован при проектировании конструкций подобного типа; рас смотренный узел соединения не обеспе ивает герметизации внутренне го объема составной системы даж е при первоначальном кратковремен ном нагружении.