Исторический опыт изучения вопросов прочности и причин разрушения. Фрактография. Основные понятия и определения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Исторический опыт изучения вопросов прочности и причин разрушения. Фрактография. Основные понятия и определения

Есть книга Английского профессора Гордона с несколько необычным названием «Почему мы не проваливаемся сквозь пол», мы действительно не проваливаемся сквозь пол, и это для нас на столько обычно, что мы над этим никогда не задумываемся. Но более обычный вопрос, почему любое твёрдое тело вообще способно сопротивляться приложенной нагрузке, издавна занимал умы учёных.

Первый существенный вклад в решение проблемы внесли такие выдающиеся умы, как Галилей (1564-1642) и Гук (1635-1702). Именно они впервые чётко сформулировали задачу. Но эта задача оказалась за пределами возможности 17-го века. Более того, на протяжении ещё двухсот лет не было достаточного полного представления о том, что же на самом деле происходит в конструкциях. Нужно было пройти долгий путь полный сомнений и катастроф, чтобы инженеры убедились в пользе собственных расчётов на прочность.

Вместе с тем обнаружилось, что правильный расчёт может удешевить конструкцию.

Стоит лишь задуматься о механических свойствах твёрдого тела, становится ясно, что наше представление о поведении материалов есть у каждого из нас. Например, рассмотрим два материала сталь и мел. Попробуем описать разницу между их механическими свойствами. Как правило, инженеру под силу такая задача. Более того, если бы мы захотели построить некое сооружение, используя один из этих материалов, он смог бы предсказать характер его разрушения. Однако объяснить разницу в механических свойствах стали и мела задачи представителей ограниченных областей наук и в частности материаловедов.

В настоящее время производится тщательные расчёты на прочность, в основу которых заложены механические свойства материалов под действием приложенной нагрузки.

Механические свойства металла - реакция его атомной решетки на приложенное напряжение.

Сегодня из тонны металла можно изготовит гораздо больше изделий, чем 100 лет назад, так как прочность металлов удалось значительно повысить.

Например, предел прочности чугуна в 1860 году - 80-100 Н/мм², в настоящее время 1200-1250 Н/мм².

Но современной технике прочности сплавов, о которой недавно ещё инженеры только мечтали, уже недостаточно.

Рассказать о прочности и строении материалов довольно трудно, т. к. эта область науки не столь эффектна, в ней нет таких захватывающих идей и впечатляющих открытий, которые поражают каждого. Когда на воздушной трассе появляется новый реактивный самолет, когда на другую планету отправляется космический корабль, это понятно и интересно всем, но мало кто представляет себе, что великолепные технические достижения в значительной степени связаны с преодолением основной трудности - сделать конструкцию достаточно прочной.

Опыт строительства сооружений накапливался веками. Сохранившиеся шедевры прошлых эпох восхищают нас и сейчас как памятники человеческого гения, но история не сохранила памяти о бесчисленных неудачах. А неудачи преследуют человечество и в 20 и 21 веках.

Рассмотрим несколько примеров.

Очень впечатляющие случаи разрушения связаны со многими цельносварными судами, построенными в период в США в период Великой Отечественной Войны. Девятнадцать судов развалились пополам совершенно неожиданно; одно из них такая катастрофа постигла на верфи судостроительного завода при спуске.

Наряду с судами и другие важные конструкции, такие, как мосты, котлы высокого давления, газопроводы, шлюзы, ёмкости для хранения жидких газов при низких температурах и пр., - все они подвержены опасности разрушения, часто катастрофического и неожиданного. В начале зимы 1960 года на Карагандинском металлургическом заводе обрушился пролет недавно построенной транспортной галереи. В августе 1964 г. рухнуло одно из самых высоких в то время сооружений в мире - 400 метровая антенная башня станции «Лоран» на юго-западном побережье Гренландии. В 1976г. рухнул мост через Дунай в Вене, который являлся важнейшей транспортной артерией австрийской столицы.

В 2003 году американский космический «челнок» «Колумбия» взорвался при спуске на Землю на высоте 62 км. Причиной гибели «Шаттла» было разрушение обшивки крыла. При старте «Шаттла» о его крыло ударился кусок изоляционной пены размером с небольшой чемодан, отвалившейся от внешнего топливного бака. Термозащитные плитки были пробиты насквозь, но этого никто не заметил. Через 16 суток при входе в земную атмосферу, когда «Шаттл» разогнался до скорости 27360 км/час, а его обшивка накалилась до 1600⁰С, горячие газы через образовавшиеся трещины ворвались в «Колумбию» и разрушили корабль.

Разрушение конструкции в эксплуатации, особенно приводимые к аварийным ситуациям и катастрофам относительно редки. Более мелкие поломки происходят довольно часто. В любом случае необходимо правильно установить причину поломки для предотвращения их в дальнейшем.

В 2000 году стало модным говорить о проблеме 2003 года. Предметом озабоченности явилось состояние основных производственных фондов в России. Моральный и физический износ зданий, сооружений, станков и оборудования превзошел все мыслимые допустимые значения. И в 2003 году страна должна была бы оказаться перед опасностью масштабных и разноплановых техногенных катастроф. На 2003 год приходились пиковые платежи по внешней задолженности на уровне 18 млрд. долл. Время было тревожное, постдефолтное, время «Курска» и горящей Останкинской башни.

Потом, в 2003 году, все как-то обошлось, и ожидания апокалипсиса начали затухать. Пугать народ грядущими страхами стало не модно. Наоборот, шутки, юмор, смех постепенно стали визитной карточкой новой эпохи. Словосочетание «техногенная катастрофа» почти исчезло из разговоров о настоящем и будущем России. Можно, конечно, не говорить. Главное, чтобы катастроф не было. Но они есть.

Техногенные катастрофы случаются исключительно в результате ошибок людей. За последние дни мы столкнулись с аварией самолета при посадке в Самаре, со смертоносной аварией на шахте, пожаром в доме престарелых.

Поразило то, что трагедии случились на объектах либо абсолютно новых, либо тех, где только что произошли плановые ремонты. Это пугает. Одно дело шахта середины прошлого века, другое - шахта образцовая, новая, со всеми системами раннего оповещения об опасности. Значит, дело не в «железках», а в человеке, ключевом активе на любой фазе производственно-технологической цепочки - от проектирования до эксплуатации. Низкая квалификация людей ставит под сомнение ценность любых инвестиций в основной производственный капитал. Когда генерал МЧС зачитывает информацию о выявленных 36 нарушениях правил противопожарной безопасности в доме престарелых и о 30 из них устраненных и делает вывод, что «логично» предположить, что именно эти 6 привели к трагедии, то возникает вопрос о ранге значимости этих 36 проблем. Неужели все они в равной степени были судьбоносными? И если 6 неустраненных проблем «логично» привели к человеческим жертвам, то нельзя ли было настаивать на первоочередном устранении именно этих 6 проблем?

Наиболее эффективный путь борьбы с каким-либо повреждением -- скрупулезное изучение механизма его зарождения и развития. Зная механизм, можно создать условия, в которых появление дефекта было бы невозможно. До тех пор, пока полностью не раскрыта природа явления, проблему нельзя считать решенной, поскольку без знания основополагающих закономерностей нельзя быть уверенным, что принятые меры оптимальны. К сожалению, углубленные научные исследования в России все больше заменяются в последние годы ускоренным методом решения возникающих проблем, когда недостаточно проверенные рекомендации сразу же начинают внедряться на дорогах, превращая их в бесплатный испытательный полигон, что приводит к существенным неоправданным потерям.

Существует определённая методика, т.е. последовательность этапов исследования причин разрушения. Среди всех методов первое место занимает фрактография (Fracture - излом, разрушение) - это направление в науке о прочности занимается изучением изломов. Излом наиболее чётко отражает строение и свойства материала в локальном объёме, в котором протекает процесс разрушения. В некоторых случаях по излому можно сделать заключение о характере и причинах поломки. Поверхность разрушения изучают невооруженным взглядом, при малых увеличениях до 50^Х т.е. с помощью лупы, а также используют световые микроскопы и электронные микроскопы, просвечивающие или растровые.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цель анализа эксплуатационных разрушений - определение причины или причин, вызвавших повреждение узла или детали, чтобы можно было провести соответствующую корректировку технологий изготовления во избежание подобного рода повреждений. В общем случае повреждения могут возникать по многим причинам, например, в результате износа или эрозии поверхности, искажения формы, снижения твердости инструмента или потери упругости пружины и т. д. При изучении данной дисциплины изучаются типы повреждений, приводящие к полному или частичному разрушению элем5ентов конструкции, а также каким образом изучение характера разрушения может помочь определить причину эксплуатационного повреждения и наметить мероприятия, которые позволяют избежать подобных повреждений в будущем.

конструкция разрушение нагрузка напряжение

Размещено на Allbest.ru