3.2 Анализ разрушений в условиях эксплуатации

 

По поверхности разрушения можно достаточно точно определить природу дефекта, который привел к началу роста трещины и разрушению. В случае, когда разрушение произошло в результате распространения усталостной трещины, иногда, определив методами электронной фрактографии расположение бороздок усталости, можно определить кривую роста трещины.

Оценить размер трещины в момент окончательного отделения несложно: при усталостном разрушении сколом и при коррозии под напряжением образуется поверхность разрушения с характерным рельефом, и, следовательно, свет, падающий на поверхность таких трещин, отражается иначе, чем от поверхности окончательного разрушения. Это означает, что поверхность трещины, вызвавшей разрушение, отличается по своему внешнему виду от поверхности окончательного разрушения (иногда резко). Зная вязкость разрушения материала и условия, при которых происходило нагружение, можно оценить нагрузку, вызвавшую разрушение. При этом мы узнаем, была ли причиной разрушения исключительно большая нагрузка. Вязкость разрушения материала лучше всего определить с помощью остатков разрушенной части конструкции.

На основе такого анализа разрушения можно сделать заключение о возможности разрушения в сходных обстоятельствах конструкций подобного типа. Можно также принять меры по усовершенствованию этих конструкций либо установить методами механики разрушения межконтрольный интервал.

4 Разрушение конструкций

 

Большие конструкции, разрушение которых привело бы к определенному экономическому ущербу и к потерям многих человеческих жизней должны быть надежны. Примерами таких конструкций являются корабли, самолеты, мосты, трубопроводы, накопительные танки, емкости большого давления (в ядерных реакторах) и оболочка ракетных двигателей.

Классические инженерные критерии проектирования не обеспечивают меры по предотвращению разрушения. Критерии предотвращения разрушения следует выводить из принципов механики разрушения. Тем не менее, существующие в настоящее время концепции механики разрушения при надлежащем их применении дают возможность обеспечить надежность конструкции или организовать надзор за дорогостоящими конструкциями для обеспечения их безопасной эксплуатации.

Эти методы предотвращения разрушений можно разделить на две большие группы: 1) проверку на образование трещин и 2) контроль их развития. Оба метода основаны на сходных принципах. Для гарантии безопасной эксплуатации емкости высокого давления, используемой в реакторе, необходимо знать максимальный допустимый начальный размер раковины. Размер такой раковины не должен увеличиваться до критического значения в течение всего времени эксплуатации реактора. Зная, как проходит процесс распространения трещины и как ведет себя конструкция при разрушении, можно рассчитать критический размер дефекта и, исходя из этого, вычислить максимальный допустимый размер раковины в начале эксплуатации. Надлежащая проверка новой емкости исключит возможность наличия раковин, начальные размеры которых превышают допустимый уровень. Проверка на наличие трещин и определение скорости их роста во время эксплуатации сопряжены со значительными трудностями. Поэтому следует стараться избегать проверок во время эксплуатации. Если расчеты на разрушение и рост трещины, а также начальные проверки были проведены абсолютно верно, то проверки во время эксплуатации были бы лишними. Однако на практике такие проверки будут все-таки выполняться. Для емкостей, используемых в реакторах, вероятно, особенно полезным является метод дистанционного наблюдения за ростом трещин с помощью ультразвуковых волн.