Дальнейшее упрощение достигается путем перехода к стационарным условиям. Это приводит к обыкновенному диф­ ференциальному уравнению, решение которого нетрудно по­ лучить, если известен профиль стационарного давления в трубопроводе. При нахождении решения предполагается, что течение почти аксиальное, а также рассчитывается измене­ ние площади поперечного сечения трубы с учетом выхода из нее газа через трещину. Заключительная стадия анализа включает в себя вывод выражения для движущей силы рас­ пространения трещины G из уравнения (1).

В модели Каннинена и др. зависимость G = G(V) была получена в виде функции геометрии трубы и условий экс­ плуатации. При этом, используя значение энергии динами­ ческого разрушения, получаемое из испытания на разруше­ ние падающим грузом (DWTT), можно определить скорости стационарного распространения трещины. Эти значения срав­ ниваются со скоростями, наблюдаемыми в полномасштабных испытаниях трубопроводов, причем получается весьма прием­ лемое соответствие. Наиболее важно то, что модель предска­ зывает максимально возможную движущую силу распростра­ нения трещины для любых заданных условий эксплуатации. Следовательно, представляется возможным оценить мини­ мальный уровень энергии разрушения материала труб, при котором может быть гарантирована невозможность катастро­ фического распространения трещины. Сравнения между пред­ сказанием этого значения и результатами полномасштабного испытания (основанного на верхнем значении энергии, изме­ ренном в эксперименте DWTT) обнаруживают неплохое со­ впадение.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ С УЧЕТОМ ТОРМОЖЕНИЯ ТРЕЩИН

Обобщенный критерий остановки трещины может быть записан в терминах динамической движущей силы распро­ странения трещины и минимального сопротивления, т. е. G < Rm либо К\ <С Km. Из этих критериев следуют две раз­ личные стратегии обеспечения остановки трещины: 1) встав­ ка подкрепляющего элемента в конструкцию, уменьшающего G (или К) до значений ниже минимально допустимых, или 2) вставка вязкого элемента на пути движения трещины с Rm (или /Cm), превышающим движущую силу ее распростра­ нения. Третья стратегия повышения эксплуатационной на­ дежности конструкций состоит в возведении на пути возмож­ ного роста трещины дополнительных барьеров, проходящих на всю глубину стенки конструкции. Выбор конструкцион­ ного оформления барьера на пути роста трещины основы­

но они по сравнению с описанными более индивидуальны и основываются на учете особенностей каждого конкретного случая.

Вообще говоря, соответствующие значения G и Ki при остановке трещины должны выводиться на основе анализа, проводимого в рамках динамической ЛМР с учетом соответ­ ствующих граничных условий. Оценки, получаемые в рамках статических теорий, справедливы лишь в некоторых частных случаях: 1) в случае бесконечного тела, когда Кт соответ­ ствует нулевой скорости, 2) когда размеры трещины много меньше размеров тела, 3) когда трещина распространяется на относительно небольшое расстояние. В других случаях при оценке способности данного барьера, или в более широ­ ком понимании геометрии конструкции, остановить трещину расчеты в рамках статических теорий могут приводить к гру­ бым ошибкам. В настоящее время оценить то, насколько точным является подход, развиваемый в рамках динамиче­ ских теорий, не представляется возможным. Фактически эта

D. M. R. Taplin), Univ. of Waterloo Press, 1977.

16.Psjpelar C., Rosenfield A. R., Kanninen M. F, — J. Pressure Vessel Tech., 99 (1977), 112.

Crack Arrest. — ASTM STP, 1976.

21.Burns S. J., Bilek Z. J. — Met. Trans., 4 (1974), 975.

22.Malluck J. F., King W. W. — Int. J. Fracture (1976).

26.Kobayashi A. S., Emery A. F., Mall S. — In: Fast Fracture and Crack Arrest, ASTM STP 627, 1976.

27.Kanninen M. F., Sampath S. G. — In: Proc. Second Int. Conf. on Pres­ sure Vessel Technology, Vol. II, 1973, p. 971.

28.Maxey W. A., Eiber R. J., Podlasek R. J., Duffy A. R. — In: Crack

34.Poynton A. W., Shannon R. W. E., Fearnehough G. D. — J. Engng. Mat. Tech., 96 (1974), 323.

ваемых обычной спецификацией. Трещины могут образовы­ ваться либо в процессе сварки, либо в течение некоторого времени после нее.

В первой части статьи в общем плане рассматривается образование трещин на стадии изготовления. Во второй ча­ сти обсуждается сопротивление разрушению металла в свар­ ном шве и зоне термического влияния, которые являются областями, где главным образом может происходить рас­ трескивание при изготовлении. Изучение свойств разрушения в зоне сварки проводится, конечно, с целью получить свобод­ ные от дефектов конструкции. Однако такого идеального состояния дела достичь на практике невозможно. Поэтому к сварным соединениям весьма уместно применить известные соотношения механики разрушения.

РАЗРУШЕНИЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ

Дефекты, которые образуются в процессе изготовления конструкции, можно отнести к двум основным классам: одни проявляются при сварке, другие развиваются по окончании сварки и при последующей термической обработке. В первый класс попадают те дефекты, которые описываются как рас­ трескивание при затвердевании, ликвации или снижении пла­ стичности [2] и расслоение [3]. Трещины, которые разви­ ваются после сварки, главным образом связаны с холодным растрескиванием под действием водорода и растрескиванием при снятии напряжений. Последнее происходит в основном при послесварочной термообработке, снимающей остаточное напряжение в сопротивляющихся ползучести сталях.

Разрушение, которое происходит во время сварки, в свою очередь можно отнести к одному из двух подклассов в за­ висимости от температуры, при которой оно происходит (рис. 1). Растрескивание из-за затвердевания [4] и ликва­ ции [2] происходит при температурах, близких к темпера­ туре плавления. Оно характеризуется разделением по грани­ цам, связанным с микровыделением, ведущим к образованию фаз с более низкими температурами плавления, распреде­ ляющихся вдоль внутренних границ раздела. Растрескивание из-за снижения пластичности [2] наблюдается при более низ­ ких температурах и по границам зерен, свободным от при­ месных пленок. Расслоение [3] связано преимущественно с плохой когезией между выделяемыми неметаллическими включениями и основным материалом.

Разрушения, происходящие после образования сварных соединений, связаны с регулируемым диффузией охрупчива­ нием и зависят от времени. Водородное растрескивание