Коллеги есть кто-нибудь, кто занимается конструированием судов или летательных аппаратов. К Вам есть вопрос и нужен Ваш совет.
Судостроитель. Слушаю внимательно.
Книга В.З.Партон "Механика разрушения. От теории к практике." 2007г. "... механика разрушения указывает универсальную характеристику прочности, не зависящую от начальной длины трещины. Такую характеристику желательно вводить при расчётах на прочность. Современные суда проектируются в расчёте на безопасную работу при наличии трещин метровой длины, даже для самолётов докритическими являются трещины длиной в несколько сантиметров. Необнаружение их при осмотре возможно только при халатности со стороны обслуживающего персонала. Так что "сенсационные" сообщения газет, радио и телевидения об обнаружении трещин (вероятно, докритических), например в фюзеляжах самолётов, могут произвести впечатление только на людей, не знакомых с механикой разрушения"
На самом деле Вы, когда проектируете суда, делаете расчёт на потенциальное возникновение трещин определённой безопасной длины, при которой судно не разрушится? Не могли бы поделится, если не полной, то хотя бы методикой в общих чертах и положениях. Или пояснить, что это за "... универсальную характеристику прочности, не зависящую от начальной длины трещины".
И каково Ваше отношение к вышенаписанной цитате?
С ходу прокомментировать приведенную цитату затрудняюсь. Пока могу сказать, что не помню в "руководящих" книгах (Речной Регистр) указаний по подобным расчетам. Возможно, что-то подобное и будет, но: метровая трещина где? (палуба, борт, днище) и какое судно? (10м или 120м). Поизучаю вопрос.
Сам такие расчеты при проектировании не делаю. Про универсальную характеристику прочности не слышал. Правда может у меня чего-то со слухом 88))
Я имею в виду, что такой расчёт на трещиностойкость (в литературе чаще встречается термин - вязкость разрушения) не по фактической трещине, а при проектировании, конструкция должна быть такой, что при наличии трещины определённой длины корпус не лопнул пополам (хрупкое разрушение - когда трещина развивается лавинообразно со скоростью упругой волны в стали, примерно 3 - 5 км/с).
"В конце 1942 г. поступили первые сигналы о серьёзных внезапных разрушениях нескольких американских судов типа "Либерти", которые пришлось отбуксировать в порт для ремонта. Поначалу эти аварии отнесли к случайностям военного времени и не заметили возникших здесь научных и инженерных проблем. Убедиться в ошибочности такого мнения заставила авария танкера "Скенектади", который (после успешно проведённых морских испытаний) 16 января 1943 г. по возвращении в порт внезапно разломился на две части. Трещина зародилась в остром углу люка на палубе, практически мгновенно прошла через палубу и по обоим бортам корпуса до подводной части у самого киля. Всё это случилось в безветренную погоду, при температуре воздуха 3°С и температуре воды 4,5°С"
А вот и ссылка про это: http://pent.sopro.susu.ac.ru/W/MUS/e006.htm
Залез в "морской регистр". Спецтребования к сухогрузам длиной более 150м: продольная прочность судов с одинарными бортами должна быть проверена при затоплении каждого трюма вследствие повреждения корпуса, но при допущении,что поврежденная часть способна противостоять возникающим нагрузкам.
Никаких расчетов по трещиностойкости и вокруг каких-либо трещин. Общие прочностные расчеты на выбор толщин и сечений по заданным нормам
Жаль, что у нас всё пока на прежнем уровне :((( Мало кто интересуется механикой разрушения и тем более её инженерным применением. А ведь это настолько интересная штука :!: Иной раз сапромат с ног на голову встаёт. :o!: У нас в расчётах по ГПМ тоже пока это не фигурирует, но Ростехнадзор всё жёстче требует расчёт остаточного ресурса, а там уже без расчёта на трещиностойкость ну никак не обойтись :!:
Механикой разрушения и противодействия разрушениям скорее всего больше занимаются военные и авиационщики. Гражданское судостроение больше похоже в этом отношении на строительство. Судно должно удовлетворять правилам постройки, отработанными давно, но вполне позволяющими создавать безопасные и надежные суда. Испытывать новую методику на реальных кораблях - дорого. Касаемо судов типа "либерти" - этот проект создан для постройки одноразовых дешевых транспортов в США во время Второй мировой. Строительство такого судна могло уложиться в 19 дней.
"Либерти" это не совсем то. Их создавали только во время войны с единственной целью - лендлиз т.е. много, дешево, недолговечно. Доплыл и бросили. Это были одни из первых вариантов цельносварных корпусов судов. Какова сварка в 42г обьяснять не надо, кроме того вынуждены были применять низкокачественные сорта стали с хорошей свариваемостью, это о чемто говорит? Заварите лопату ст20 электродом 4 с максимальным током и получите печальный результат не только по шву, обломится где и не ждали. Просчитать такие вещи возможно статистически, а в практике упираемся в традиционный запас прочности 5.
Я про "либерти" только как пояснение того, что ничего там не рассчитывалось, а использовался подход "по прототипу" к определению толщин и сечений. Кстати, килевой брус на этих судах - деревянный массив на стальном крепеже, сечением ок. 2х1,5м
Цитата: Jean от 04.04.08, 16:35:12
...
вынуждены были применять низкокачественные сорта стали с хорошей свариваемостью, это о чемто говорит? Заварите лопату ст20 электродом 4 с максимальным током и получите печальный результат не только по шву, обломится где и не ждали. Просчитать такие вещи возможно статистически, а в практике упираемся в традиционный запас прочности 5.
В этом случае печального результата по шву как-раз и не будет. А вот в околошовной зоне - :!: :!: :!:
Если сталь хорошо сваривается, то нельзя говорить о её низкокачественности. Про такие стали, которые принято называть высококачественные, ещё весьма и весьма далеко нельзя говорить, что они хорошо свариваются. Как правило они очень сильно чуствительны к любым дефектам, что в сварном шве, что в самом металле - как иногда говорят флокеночуствительны. Например если говорить про долговечность конструкции (а по своим методическим тонкостям расчёт на долговечность в чём-то похож на расчёт по трещиностойкости, если не брать хрупкое разрушение), то иной раз применение простой углеродистой стали - гораздо лучшее решение, чем низко- или высоколегированной стали. Например если взять стали 09Г2С, 10ХСНД или 15ХСНД, то с одной стороны вроде 15ХСНД по своим прочностным характеристикам лучше чем 09Г2С или тем более Ст3 сп, а если смотреть со стороны долговечности, она ничем не лучше чем та же 09Г2С, а даже и хуже её :!:
А по поводу лопаты (толщина 1-1,5 мм) сваренной 4-кой при максимальном токе - гнать такого сварщика надо поганой метлой.
Суда типа "Либерти" были сконструированы и предназначены для одного перехода через океан в составе конвоя для снабжения СССР, и имели всего три шпангоута, носовой, кормовой и между ними. Посему, ни о какой прочности разговор не шел.
Друзья! Я ведь спрашивал про расчёт на трещиностойкость. К сведению: Расчёт на трещиностойкость, в грубом ориентире, состоит из двух частей. Первая часть, это возможность зарождения трещины. Вторая часть - это её время распространения. Возможность зарождения трещины зависит в подавляющим большинстве от качества металла, особенностей конструкции относительно действующих нагрузок и наличия концентраторов. Вторая часть - это так называемая "живучесть" изделия. Она зависит от самой марки металла, конструкции, температуры и нагрузок. И чем прочнее металл, тем хуже он работает по трещинам. Поэтому если даже изделие сделано из прочного металла и при проектировании не учтены условия трещиностойкости это ещё не говорит, что оно хорошее и долго прослужит.
прочитал много "любопытного".....
про трещинообразование и пр..., советую послушать
Лекционно-практический курс "Механика разрушения".
http://www.cadfem.ru/service/education/lectures_ansys_fracture.zip
Объем курса 40 часов, лекции читает
проф. каф. "Физика прочности" МИФИ д.т.н. Морозов Е.М.
В качестве дополнительной литературы рекомендуется книга:
В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. Механика разрушения твердых тел: курс
лекций. - СПб.: Профессия, 2002. - 320 с., ил.
http://www.cadfem.ru/service/education/lectures_ansys_fracture_book_pestrikov_morozov.zip
========================================================
Что же касается РАСКРЫТИЯ трещин, то как правило это происходит МГНОВЕННО и совершенно не считаясь с тем - что написано в "руководящих" документах!
посмотрите вот эти решенные задачи, м.б. эта информация Вам чем-то поможет?
"Определение гидродинамических нагрузок воздействия волны прорыва, образующейся при квазимгновенном разрушении вертикального стального резервуара (РВС), на ограждающую стенку".
А.А. Богач, А.Ю. Муйземнек, CAD-FEM , Москва
С.А. Швырков, Академия ГПС МЧС России
reservoir_failure_rus.zip 893 Kb (pdf, winzipped)
http://www.cadfem.ru/gallery/ours/doc/reservoir_failure_rus.zip
(https://forum.ascon.ru/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fwww.cadfem.ru%2Fgallery%2Fours%2Fimg%2Freservoir.jpg&hash=b5cfb4b7d0d29f7ecd3a4632b13395be9dd2196f)
"Разрушение резервуара РВС-10000"
А.А. Богач.
tank_destr.zip 313 Kb (pdf, zip)
http://www.cadfem.ru/gallery/ours/doc/tank_destr.zip
(https://forum.ascon.ru/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fwww.cadfem.ru%2Fgallery%2Fours%2Fimg%2Ftank_destr.gif&hash=caa3567355bb3f24bb03a1aecf2bab365f383c29)
Цитата: Valery Moscow от 30.04.08, 13:39:49
...
Что же касается РАСКРЫТИЯ трещин, то как правило это происходит МГНОВЕННО и совершенно не считаясь с тем - что написано в "руководящих" документах!
...
Тут позвольте с Вами не согласится. Раскрытие (распространение) трещины зависит от многих факторов. И скорость соответственно. Если взять циклические нагрузки от 10
-7 м/цикл до скорости упругой волны. Вы конечно в курсе, что если использовать силовой критерий, то поведение трещины характеризует КИН, а он зависит от очень многих факторов. Будет распространятся трещина или нет, зависит от соотношения действующего КИНа и критического. Критической от материала и температуры окружающей среды, а также от того какой тепловой поток идёт сквозь трещину, да и ещё много от чего. если взять квазистатическое разрушение, то фигурирует только критический КИН, а если динамическое разрушение?! КИН старта, КИН остановки, КИН разветвления и т.д. Это слишком сложная область (в смысле учёта очень многих факторов), поэтому жёстко утверждать, что раскрытие трещины идёт мгновенно - приувеличение.
Вы пишите лишь о МАТЕМАТИЧЕЧЕСКОЙ постановке задачи - точнее об одной из ВОЗМОЖНЫХ постановок - еще точнее о наиболее доступной для инженера-конструктора.
Представлений, точнее постановок задач может быть много....
Если сравнивать "предисторию" - мотивацию появления трещины и ее появление\раскрытие - то разницы по времени - ПОРЯДКИ!
Раскрытие трещины тоже может идти в большом промежутке времени. Если действующий КИН (К) меньше или равен пороговому (Кth ), то трещина не распространяется (как правило). На участке от Кth до Кс она трещина начинает распространятся и чем ближе к Кс , тем скорость выше. При достижении Кс - начинает идти хрупкое разрушение. Поэтому если смотреть с точки зрения квазистатического разрушения, то раскрытие (распространение) трещины не всегда мгновенно.
Доброе утро Андрей Владимирович,
Вы пишите лишь о ПРИНЯТОЙ в инженерной практике постановке этого вопроса.
Цитата: Valery Moscow от 04.05.08, 10:07:55
Вы пишите лишь о ПРИНЯТОЙ в инженерной практике постановке этого вопроса.
В инженерной практике принята постановка вопроса адекватная опыту несколькоих поколений инженеров. Естественно, что она принимается "по умолчанию". А для получения "общего знаменателя" хотелось бы узнать о
Вашей постановке вопроса.
Valery Moscow на 90% прав. Существующие методики приведенные в документации выпущенной до 90 годов не позволяют провести маломальски спрогнозировать зоны появления трещин. Они обьясняют их появление, а методика предотвращения их появления целиком на опыте конструктора. Смоделировать причины их появления при помощи матаппарата можно и нужно. При чем особых знания математики и физики здесь не нужны. К сожалению новой документации, с реальными методиками расчетов ... мало, в основном это зона программистов и научного персонала с определенным уровнем подготовки, а методики построения моделей нужны реальному мне со всеми моими недостатками, и соответсвующим мне же уровнем подготовки. Вопрос плати и получиш абсолютно нормален. Значит варится придется самим.
Цитата: Valery Moscow от 04.05.08, 10:07:55
...
Вы пишите лишь о ПРИНЯТОЙ в инженерной практике постановке этого вопроса.
Не только. Я писал о принятой практике для инженерных расчётов, потому что здесь невозможно обрисовать весь механизм и все причины зарождения трещины. Формат Форума для этого не предназначен.
Нам, как инженерам, действительно интересен только подход для инженерных расчётов, так как более точный невозможно сделать в наших условиях (если конечно Вы не научный работник) - он слишком обширен: начиная от процессов зарождения сдвигов между зёрнами (или даже на ещё более тонком уровне - атомы) и заканчивая динамическим разрушением. Механика разрушения, изучающая причины и механизм зарождения трещины поведение трещины при разных условиях, это целая наука которая делится на несколько областей и в каждой трудится не одна сотня учёных - ктн и дтн.
Например до сих пор ещё точно не известно, почему при постепенном развитии трещины она идёт по границе между зёрнами, а при хрупком разрушении по телу самих зёрен. Но это в большинстве случаев, но не во всех абсолютно.
Ещё одна из многих проблемм: при понижении температуры значение К
с падает и при повышении тоже. Какая температура даёт наибольшее значение К
сИ таких задач и вопросов - уйма. Их решение может быть на стыке теории и практики. Но и теория тоже хромает. Например по теории КИН старта должен быть равен КИНу остановки - так скажем КИН беразличного равновесия, а на практике нет. Да и практика зависит от чистота и точности эксперимента, его техн. обеспечения.
Уважаемый Иван Альбертович!
Цитата: Jean от 04.05.08, 11:43:28
Valery Moscow на 90% прав. Существующие методики приведенные в документации выпущенной до 90 годов не позволяют провести маломальски спрогнозировать зоны появления трещин. ...
...
Если есть возможность, то приобретите: http://www.polytechnics.ru/catalogue.php?cat=1&s=2&id=135
Там хорошо описан механизм определения места зарождения трещин. По простому: это горячая точка где есть концентратор и есть высокие напряжения - но это слишком просто! Или поищите в инете, можно много найти, хотя конечно из ста найденных сайтов может быть 2-3 и принесут полезную информацию, остальные это либо опусы либо информация там написана языком дтн-ов.
Книга http://www.ozon.ru/context/detail/id/3314765/?partner=thiwork может помочь в начале изучения данной области.
считаю, что данная область является "пограничной" областью между образованием конструктора и фундаментальным образованием в области физики, т.е. дать инженеру-конструктору ОДНОЗНАЧНЫЙ инструментарий весьма "проблематично" ....
Между тем - спрос - рождает "предложения".... - всякого рода "упрощения", методики и пр.. - т.е. попытки создать "астролябию", доступную инженеру без специального образования....
Такого рода примеров масса в любой отрасли...
Цитата: Valery Moscow от 04.05.08, 15:03:32
...
дать инженеру-конструктору ОДНОЗНАЧНЫЙ инструментарий весьма "проблематично" ....
...
Абсолютно с Вами согласен :!: :fr:
Именно поэтому я согласен с Вами, что при инженерной практике лучше перестраховаться и исходить из возможности, что возникшая трещина может в следующую секунду из устойчивой перейти в неустойчивую со всеми вытекающими последствиями. Но, думаю, конструктор может по крайней мере начать изучать механику разрушения, хотя бы для того, чтобы конструктивно предусмотреть "ловушки" для трещин или хотя бы (по меньшей мере) думать и размышлять, насколько разработанная им конструкция трещиностойка.
P.S. И ещё. Сначала разрабатывается методика. Можно назвать её бумажной, но я предпочитаю её называть "мозговой" в том смысле, что её "придумывает" человек. И уже на её основе разрабатывается программа. И какая-бы она ни была "крутая" (ANSYS, АРМ и т.д.), всё-равно выше "мозговой" методики она не прыгнет :!: Например общая формула расчёта напряжений в вершине трещины: σ=К/(sqrt(2пи*r)); К=ξ
К*σ*sqrt(пи*а). Судя по первой формуле (где r-расстояние до вершины трещины) в вершине трещины напряжения будут бесконечны, но по факту это не так. Я к чему это всё клоню. "Крутая" программа пусть даже рассчитает Вам эти напряжения, а дальше что :?: :?: :?: А дальше (на нынешнем этапе развития) идёт аналитический штурм, где если не плюс-минус лапоть, то плюс-минус носок пуанта (одна штука :) ) Конечно при помощи МКЭ Вы ближе подберётесь к истине, но завершать всё будет, всё тот же мозговой анализ. А поэтому отстранённый расчёт (отстранённый - смысле расчётчик далеко) будет только тогда полезен, если ему дать максимально возможно приближённые к практике исходные данные. А это весьма и весьма проблематично :?: :?: :?:
Цитата: Андрей Владимирович от 04.05.08, 15:26:05
Цитата: Valery Moscow от 04.05.08, 15:03:32
...
дать инженеру-конструктору ОДНОЗНАЧНЫЙ инструментарий весьма "проблематично" ....
...
Абсолютно с Вами согласен :!: :fr:
Именно поэтому я согласен с Вами, что при инженерной практике лучше перестраховаться и исходить из возможности, что возникшая трещина может в следующую секунду из устойчивой перейти в неустойчивую со всеми вытекающими последствиями. Но, думаю, конструктор может по крайней мере начать изучать механику разрушения, хотя бы для того, чтобы конструктивно предусмотреть "ловушки" для трещин или хотя бы (по меньшей мере) думать и размышлять, насколько разработанная им конструкция трещиностойка.
P.S. И ещё. Сначала разрабатывается методика. Можно назвать её бумажной, но я предпочитаю её называть "мозговой" в том смысле, что её "придумывает" человек. И уже на её основе разрабатывается программа. И какая-бы она ни была "крутая" (ANSYS, АРМ и т.д.), всё-равно выше "мозговой" методики она не прыгнет :!: Например общая формула расчёта напряжений в вершине трещины: σ=К/(sqrt(2пи*r)); К=ξК*σ*sqrt(пи*а). Судя по первой формуле (где r-расстояние до вершины трещины) в вершине трещины напряжения будут бесконечны, но по факту это не так. Я к чему это всё клоню. "Крутая" программа пусть даже рассчитает Вам эти напряжения, а дальше что :?: :?: :?: А дальше (на нынешнем этапе развития) идёт аналитический штурм, где если не плюс-минус лапоть, то плюс-минус носок пуанта (одна штука :) ) Конечно при помощи МКЭ Вы ближе подберётесь к истине, но завершать всё будет, всё тот же мозговой анализ. А поэтому отстранённый расчёт (отстранённый - смысле расчётчик далеко) будет только тогда полезен, если ему дать максимально возможно приближённые к практике исходные данные. А это весьма и весьма проблематично :?: :?: :?:
Увы,
но согласиться Вами - даже в малой степени не могу...
практика показывает, что подобные нормативные документы - т.е методики - больше вредят , чем помогают инженеру не имеющему специального образования - проще говоря получается самообман....
Наличие самой программы МКЭ - так же ничего собственно не решает - ибо она - программ (с учетом опять же квалификации инженера - который этой программой пользуется) дает лишь ИСХОДНУЮ информацию для размышления - анализа полученных результатов.
А вот далее все зависит от знаний и опыта конкретного инженера - и пытаться подменить именно ЭТОГО ИНЖЕНЕРА - "волшебной астролябией" - т.е. методикой - дело совершенно безнадежное!
И еще, хочу заметить что ставить на один "качетсвенный" уровень программу ANSYS и АПМ - мягко говоря ЗАБЛУЖДЕНИЕ!
Цитата: Valery Moscow от 06.05.08, 14:58:15
...
практика показывает, что подобные нормативные документы - т.е методики - больше вредят , чем помогают инженеру не имеющему специального образования - проще говоря получается самообман....
...
Может быть конечно я и ошибаюсь, но разве я упоминал о нормативных документах? При этом я ещё не видел нормативного документа, который бы разрешал эксплуатацию конструкции с трещиной определённой "безопасной" длины. Любой нормативный документ базируется на (так называемом типе (схеме)
А) методе расчёта, т.е. до образования трещины.
Инженеру, не имеющему специальных или хотя бы базовых знаний по механике разрушений, дать какую-либо методику (любую) это тоже самое, что пятилетнему дать комп. (Но это конечно очень грубое сравнение - прошу прощения если кого-нибудь задел). Что бы чем-то пользоваться, нужно знать, что и зачем. Но это и так ясно и банально.
Цитата: Valery Moscow от 06.05.08, 14:58:15
...
Наличие самой программы МКЭ - так же ничего собственно не решает - ибо она - программ (с учетом опять же квалификации инженера - который этой программой пользуется) дает лишь ИСХОДНУЮ информацию для размышления - анализа полученных результатов.
А вот далее все зависит от знаний и опыта конкретного инженера - ...
...
:fr: - о чём я и говорил :!:
Цитата: Valery Moscow от 06.05.08, 14:58:15
...
И еще, хочу заметить что ставить на один "качетсвенный" уровень программу ANSYS и АПМ - мягко говоря ЗАБЛУЖДЕНИЕ!
Я и не думал этого делать. Я имел в виду то, о чём Вы и сами сказали:
Цитата: Valery Moscow от 06.05.08, 14:58:15
...
Наличие самой программы МКЭ - так же ничего собственно не решает - ибо она - программ (с учетом опять же квалификации инженера - который этой программой пользуется) дает лишь ИСХОДНУЮ информацию для размышления - анализа полученных результатов.
...