3 Надежность конструкций и допустимость повреждений

Усовершенствование более точных методов анализа напряжений в конструкциях позволяет уменьшить коэффициенты запаса и, следовательно, повысить уровень эксплуатационных напряжений. В результате вероятность развития трещины из раковины или другого разрыва сплошности повышается. Использование современных высокопрочных материалов с относительно низким сопротивлением росту трещины приводит к необходимости решать дополнительные проблемы, связанные с быстрым ростом трещин в этих материалах при соответствующем уменьшении остаточной прочности. Если важна масса конструкции, то коэффициенты запаса уменьшают еще больше и появление трещин становится более вероятным.

Экономика производства требует, чтобы эксплуатация конструкций была надежна в течение всего расчетного срока службы. В результате некоторой неточности при определении расчетных нагрузок, а также из-за возможных небольших дефектов производства следует ожидать, что трещины возникают задолго до полного окончания срока службы. В некоторых конструкциях (сильно нагруженные сечения, сварные швы) в материале могут содержаться начальные раковины, достаточно острые для того, чтобы вызвать разрушение сколом немедленно после начала эксплуатации конструкции.

Конструкция для обеспечения надежности должна быть спроектирована с таким расчетом, чтобы способность ее воспринимать значительные нагрузки сохранялась даже при наличии трещин и разрушенных частей: конструкция должна допускать повреждения. Для обеспечения надежности необходимо также, чтобы повреждение можно было обнаружить прежде, чем оно достигнет опасного размера, либо чтобы оно никогда не достигало опасного размера в течение всего расчетного срока службы. Если конструкция отвечает этим требованиям, то она определенно надежна.

Надежность конструкции подразумевает ее достаточную устойчивость к повреждениям — такую, чтобы соблюдение достаточных мер предосторожности обеспечило ее надежную эксплуатацию. Эти меры предосторожности заключаются в своевременных проверках на наличие трещин, осуществляемых на протяжении всего времени эксплуатации. Если наложено требование, чтобы начальное повреждение не могло увеличиться до опасных размеров, то следует иметь гарантию того, что начальное повреждение не превышает определенного максимального размера: проверку следует проводить до начала эксплуатации конструкции. Если трещина, после того как она образовалась, может расти достаточно быстро, чтобы достигнуть опасного размера в течение срока службы, то проверку конструкции следует проводить периодически.

Прочность конструкции, обеспечивающая ее надежность, определяется как наинизший допустимый уровень остаточной прочности. В случае циклического нагружения с постоянной амплитудой выбрать этот уровень несложно. В случае переменной амплитуды нагружения этот уровень следует выбрать надлежащим образом. Чем короче период между проверками, тем меньше допустимая величина остаточной прочности, поскольку с уменьшением этого периода уменьшается вероятность возникновения в этот период большой нагрузки.