Механика разрушения

[Андрей Владимирович]

Уважаемые  коллеги! В  справочнике  Мураками  в  главе 16  есть  формулы  для  мембранных  и  изгибных  напряжений. Судя  по  формулам, в  подавляющем  числе  литературы  по  МР,  авторы  оперируют  мембранными  напряжениями. А чем  они  отличаются  от  изгибных  напряжений? Или  мембранные  напряжения – это  напряжения  в  малой  окрестности  вершины  трещины, а  изгибные  за  пределами  этой  зоны. С другой  стороны, если  параметр  в  формулах  изгибных  напряжений  z – это  координата  по  оси  Z, то  тогда  формулы  для  изгибных  напряжений, это  формулы  для  плоской  деформации. В  книгах  по  МР, которые  я  изучаю,  такого  подразделения  (мембранные  и  изгибные)  не  видел. Объясните пожалуйста различие между мембранными и изгибными напряжениями о которых идёт речь у Мураками.

[Jean]

"Предварительно напряженные мембранные конструкции с поверхностями отрицательной гауссовой кривизны, характеризуемые тем, что кривизны этих поверхностей имеют разные знаки. Предварительное напряжение в таких конструкциях достигается путем искривления опорного контура, оттягиванием вверх или притягиванием вниз промежуточных опорных точек. Для обеспечения равного напряжения во всех точках и направлениях поверхность должна быть минимальной. Это означает, что такие формы оболочек отличаются высокой стабильностью и хорошо противостоят статическим и динамическим нагрузкам."
Для себя по русско-народно пришел к выводу, что под мембраной принимается элемент, воспринимающий только нагрузки растяжения сжатия передавая их на элементы крепления. Т.е. внутри контура мембраны моменты, внецентровое сжатие и т.д. не воспринимаются и не передаютсятся, а на элементах крепления они возникают как результирующая простейших нагрузок. Мне такого понимания для расчетов хватает. Хотя принимать этот метод в  расчетах я оостерегаюсь. В некоторых расчетных прогах такие элеметы носят названия близкие по переводу как "элемент без жесткости". Ежели ктото может охарактеризовать иначе буду благодарен.

[Андрей Владимирович]

То есть получается, что мембранными напряжениями оперируют тогда (растяжение-сжатие), когда остальными напряжениями можно пренебречь либо для упрощения, либо когда они настолько малы, что их можно условно не учитывать? То есть если взять например любую тонкую оболочку (мембрану) и вырастить там краевую (центральную) трещину, либо сделать надрез и растягивать её усилием направленным вдоль плоскости мембраны, (так сказать одноосное нагружение), то как раз и будут только мембранные напряжения?

[Jean]

Трещина это уже краш. Условно мембрана неразрушима. По сути расчитываются последствия распределения нагрузок при передаче их определенной средой.

[Андрей Владимирович]

Но я не зря назвал тему "Механика разрушения", которая есть наука о трещинах, их образование, рост, распределение напряжений, перемещение берегов трещин. Различие в формулах между мембранными и изгибными напряжениями, то, что в мембранных присутствуют две координаты (полярные - r и угол - Θ), а в изгибных добавляется ещё и - z. И если это - координата по оси Z, тогда получается всё правильно. Мембранные напряжения - это плоскостное нагружение (одноосная нагрузка - двухмерная деформация по осям х и у), а в  изгибных добавляется ещё одно направление нагрузки и деформации становятся трёхмерные (х, у и z)

[Jean]

При использовании "мембраны" и моделированием трещины вы получаете изменение распределения нагружений. т.е. происходит перераспределение напряжений в околомембранном пространстве. Это из прог. К разрушению это не отсюда. Рукопашные крашрасчеты опираются на ту же диаграмму "напряжение-усилие" и позволяют различными методами определить диапазон перегиба кривой. Я последний раз в рукопашке подобное пытался сотворить лет 12 назад и результат меня не устроил, хотя времени ушло... много. Спецы  расчетчики читал такое могут, но у меня другая сфера деятельности и без спецподготовки мне это оказалось не по силам. А в отношении собственно трещин, там в общем все просто для взгляда но задача скорее математическая. А решать n-мерную матрицу опять таки не сахар. Упрощенные расчеты имеют узкий диапазон применяемости и получены эти формулы похоже из тех же матрасчетов путем усреднения результатов. Осчущение такое .

[Андрей Владимирович]

...
... А в отношении собственно трещин, там в общем все просто для взгляда но задача скорее математическая...
...

Не совсем просто, даже далеко не просто. Не зря "Механику разрушения" выделили в отдельную науку! Одна из задач, стоящая перед МР, это определение распределения напряжений в малой окрестности у вершины трещины. А там уже командует КИН - коэффициент интенсивности напряжений, но он имеет значение при ЛМР - линейной механики разрушения, при условии, что тело абсолютно упруго. Если тело упруго-пластичное, то ЛМР применимо и здесь, с некоторой поправкой. А если тело пластичное, то КИН теряет какой-либо физический смысл. Там расчёт уже идёт, например, через раскрытие трещины. Силовой критерий, энергетический критерий, критерий по раскрытию трещины, критерий J-интеграла и т.д. это всё пути расчёта в МР. Если брать ЛМР, то есть идти по силовому критерию, то основная проблема - это расчёт КИН для определённого сечения в котором есть трещина определённого типа, при определённом приложении нагрузки. На данный момент лучше чем МКЭ для расчёта КИН не придумали, но в Японии несколько лет назад вышел двухтомный справочник по КИН под. ред. Ю.Мураками, где представлено несколько сотен формул КИН для различных условий. В механике разрушения этот справочник, то же самое, что у инженера-машиностроителя Анурьев. Но нам при учёбе в универе такой предмет как МР не преподавали, поэтому приходится заниматься самообразованием и многое не понятно , многое понимаешь только с 10-го раза. Хотя на мой взгляд, такая дисциплина как МР ДОЛЖНА преподаваться вместе с сопроматом. Иначе если не брать в расчёт МКЭ, то расчёты будут продолжать делать по СРДН.

[Андрей Владимирович]

Коллеги, помогите пожалуйста со следующими вопросами Они представлены во вложенной картинке.

[Андрей Владимирович]

Коллеги, я интересуюсь такой наукой (в прикладном порядке) как механика разрушения. Собираю фотографии разрушений (самих изломов, трещин как таковых). Хотя и от фотографий общих разрушений конструкций не откажусь. На приведённом фото (с сотового) пример такого разрушения. Если есть у кого возможность, высылайте мне пожалуйста фотографии разрушений. Если будет фото как приведённое здесь, то желательено описать что это такое разрушилось.
А на приведённом фото разрушенная тяга грузоподъёмной траверсы.

[flyer7]

Коллеги, я интересуюсь такой наукой (в прикладном порядке) как механика разрушения. Собираю фотографии разрушений (самих изломов, трещин как таковых). Хотя и от фотографий общих разрушений конструкций не откажусь. На приведённом фото (с сотового) пример такого разрушения. Если есть у кого возможность, высылайте мне пожалуйста фотографии разрушений. Если будет фото как приведённое здесь, то желательено описать что это такое разрушилось.
А на приведённом фото разрушенная тяга грузоподъёмной траверсы.

а скол имеет дугообразную составляющую?  по фото невидно, но похоже что вместе перегиба произошел разлом вдоль кривой линии нагрузки

[oleg_a100]

Жалко, что качества снимка не хватает для рассмотрения зерна. 

[Андрей Владимирович]

Само зерно будет трудновато рассмотреть, даже с великолепным фотоаппаратом. Зёрна обычно имеют габариты 20...70х10^(-6) м - или 0,02...0,07 мм. А в полевых условиях более лучшего оборудования нет к сожалению

[oleg_a100]

Вот зерно хорошо видно на корпусе диам 195мм

[Андрей Владимирович]

Прошу прощения, а нет другого ракурса обведённой области.

[oleg_a100]

К сожалению, другого ракурса нет, но может подойдет увеличенная картинка.

[Андрей Владимирович]

Какая-то весьма странная виднеется проточка. На её видимой части 6/7 она есть, а на 1/7 (слева) её нет - там виден излом. В обозначенной области как будто бы "выход резца"

[oleg_a100]

Все верно. Это видна  канавка конической резьбы в месте её вылета на конус около упорного торца ниппеля.
Т.е. ниппель сломался по месту, где кончалось 0,5 -1 витка неполной резьбы от упорного торца.
Корпус сверху - ответная муфта (на ней виден гладкий упорный торец) с оставшейся в ней частью ниппеля.

[Андрей Владимирович]

А на изначальной картинке дальше "выхода резца" - снова видна "проточка". Резьба многозаходная? Похоже это хрупкое разрушение, произшедшее "мгновенно". Превышение крутящего? Как Вы отремонтировали этот узел. Конструкцию оставили прежнюю? И какой металл был?

[Андрей Владимирович]

Вот очередное разрушение. Разрушение (поверхность излома) представляет интерес.

[oleg_a100]

А на изначальной картинке дальше "выхода резца" - снова видна "проточка". Резьба многозаходная? Похоже это хрупкое разрушение, произшедшее "мгновенно". Превышение крутящего? Как Вы отремонтировали этот узел. Конструкцию оставили прежнюю? И какой металл был?

Резьба однозаходная. Разрушение произошло скорее всего мгновенно (дело происходило в скважине).Ремонту это не подлежит. Сталь 40Х. Решили изменить на Сталь 40 ХН2МА, как лучшую по прокаливаемости.