Расчеты на прочность при наличии дефектов. Дефектность материалов и конструкций. Задачи механики разрушения, страница 4

3.     – деформационные критерии, где ,  – критические значения поверхностной энергии и энергии продвижения трещины; , , – критические значения напряжения и деформации в вершине трещины; ,  – критические значения коэффициента интенсивности напряжений и раскрытия трещины.

Для идеально упругого материала силовые (, ), энергетические (, ) и деформационные (, ) критерии взаимосвязаны

.

8.6. Основные и дополнительные типы предельных состояний

Согласно традиционным представлениям (Часть 1, глава 10), предельное (опасное) напряженно-деформированное состояние материала возникает, когда некоторая функция главных напряжений  достигнет своего предельного значения:

,                                 (8.17)

где  – критерий предельного состояния (минимальное значение параметра, характеризующего момент наступления предельного состояния).

В зависимости от механического состояния материала параметр  может характеризовать начало пластического течения (критерий пластичности), либо момент разрушения (критерий разрушения). На этой основе построены классические теории прочности в предположении однородности материала, которые не учитывают наличие трещины и их развитие до момента разрушения.

Для сложных технических систем, инженерных сооружений и конструкций вводится более широкая трактовка предельного состояния. В этом случае под предельным состоянием понимается состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. В качестве критериев предельных состояний принимаются признаки (параметры) или их совокупность, характеризующие момент наступления предельного состояния объекта и установленные в нормативно-технической или конструкторской документации.

Необходимость учета целого ряда дополнительных факторов при анализе предельных состояний элементов конструкций отражается в обобщенном уравнении предельного состояния (в развитие уравнения (8.17))

,                          (8.18)

где  - функция, описывающая вид напряженного состояния (; ; );  – характеристики материала;  – размер дефекта;  – геометрический фактор;  – фактор условий эксплуатации;  – технологический фактор.

Влияние геометрического фактора  связано с наличием в элементах различных видов конструктивных концентраторов напряжений (отверстия, галтели, выточки, пазы и т.д.), разнообразных дефектов типа трещин (подрезы, непровары, поры и т.д.), повреждений в виде забоин, вмятин, погнутостей, трещин различных конфигураций. Здесь же следует отметить влияние масштабного эффекта. С увеличением размеров сечений, деформируемых объемов материала происходит снижение характеристик прочности, пластичности и выносливости, определяемых на стандартных лабораторных образцах.

Технологический фактор  проявляется в изменении характеристик механических свойств, возникновении технологических дефектов и т.д. как результат технологических операций на стадиях производства сплавов и проката, изготовления машин и конструкций, при проведении монтажных операций, а также на стадии эксплуатации при нарушении технологических норм, правил и регламентаций.

Фактор условий эксплуатации  связан с влиянием среды эксплуатации (коррозионная, электромагнитная, радиационная и т.д.), природно-климатических условий (температура, скорость ветрового напора, толщина снежного покрова, сейсмичность и т.д.), уровня технологических параметров и характеристик динамических процессов (давление, температура, нестационарность, частота и скорость нагружения и т.д.).