К судо-авиаконструкторам

[Андрей Владимирович]

Коллеги есть кто-нибудь, кто занимается конструированием судов или летательных аппаратов. К Вам есть вопрос и нужен Ваш совет.

[sulyco]

Судостроитель. Слушаю внимательно.

[Андрей Владимирович]

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?

[sulyco]

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

[Андрей Владимирович]

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

[sulyco]

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

[Андрей Владимирович]

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.  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

[sulyco]

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.

[Jean]

"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.

[sulyco]

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

[Андрей Владимирович]

...
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.

[yotcya]

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.

[Андрей Владимирович]

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.

[Valery Moscow]

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





"Разрушение резервуара РВС-10000"
А.А. Богач.
tank_destr.zip 313 Kb (pdf, zip)
http://www.cadfem.ru/gallery/ours/doc/tank_destr.zip

[Андрей Владимирович]

...
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.

[Valery Moscow]

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!

[Андрей Владимирович]

Раскрытие трещины тоже может идти в большом промежутке времени. Если действующий КИН (К) меньше или равен пороговому (К_th ), то трещина не распространяется (как правило). На участке от К_th до К_с она трещина начинает распространятся и чем ближе к К_с , тем скорость выше. При достижении К_с - начинает идти хрупкое разрушение. Поэтому если смотреть с точки зрения квазистатического разрушения, то раскрытие (распространение) трещины не всегда мгновенно.

[Valery Moscow]

Доброе утро Андрей Владимирович,

Вы пишите лишь о ПРИНЯТОЙ в инженерной практике постановке этого вопроса.

[Alisa]

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.

[Jean]

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.