Расчеты на прочность при наличии дефектов. Дефектность материалов и конструкций. Задачи механики разрушения, страница 5

Наступление того или иного предельного состояния в элементе конструкции зависит от множества факторов, нашедших отражение в уравнении (8.18). Тип предельного состояния определяет характер, механизмы и вид разрушения, что позволяет назначить соответствующие методы расчетов. Крупногабаритные металлоконструкции строительного и машиностроительного назначения, их элементы и соединения рассчитываются на основе метода предельных состояний, обеспечивающего условия прочности, устойчивости, жесткости, хрупкой и усталостной прочности. Анализ эксплуатационных повреждений, отказов и разрушений крупногабаритных металлоконструкций позволяет выделить следующие основные типы предельных состояний:

ОПС1 - нарушение прочности (разрушение) элементов конструкций при действии максимальных нагрузок при статическом и динамическом нагружениях;

ОПС2 - нарушение нормальной эксплуатации за счет появления усталостных трещин в элементах металлоконструкций при циклическом нагружении;

ОПС3 - развитие недопустимых пластических деформаций, препятствующих нормальной эксплуатации;

ОПС4 - возникновение общей или местной потери устойчивости при действии максимальных рабочих и нерасчетных нагрузок повышенного уровня.

В качестве расчетных параметров и характеристик по предельному состоянию ОПС1 используются максимальные эквивалентные напряжения и расчетное сопротивление материала; по ОПС2 – приведенные (эквивалентные) циклические напряжения и расчетное сопротивление усталости; по ОПС3 и ОПС4 – упругие перемещения (деформации) и предельные допустимые перемещения (деформации):

;   ;   ;   ,     (8.19)

где  - наибольшее расчетное эквивалентное напряжение в опасной точке от максимальных нагрузок;  - приведенное напряжение стационарного симметричного цикла, эквивалентное эксплуатационным нестационарным напряжениям;  - расчетное сопротивление материала;  - расчетное сопротивление усталости;  - коэффициент условий работы; ,  - максимальные деформация и перемещение элементов конструкции; ,  - предельно допустимые деформации и перемещения.

Методы расчета предельных состояний, установленные СНиП, являются основными, с использованием которых на стадии проектирования устанавливаются геометрические размеры, выбираются материалы, регламентируется уровень нагруженности. Учитывая возможность образования и развития в элементах конструкций на стадии изготовления, монтажа и эксплуатации дефектов типа трещин, нормативные расчеты должны дополнятся поверочными расчетами на трещиностойкость с использованием критериев механики разрушения. В рассмотрение должны быть введены дополнительные типы предельных состояний, отражающие наличие и развитие в конструкциях технологических дефектов и эксплуатационных трещин для статического (ДПС1) и циклического нагружения (ДПС2), дефектов коррозионно-механического происхождения (ДПС3):

ДПС1 - наступление разрушения типа хрупкого, квазихрупкого или вязкого с инициацией процесса от технологического дефекта или усталостной трещины при действии максимальных рабочих нагрузок, при возникновении перегрузок в аварийном режиме работы или возникновении нерасчетных нагрузок повышенного уровня;

ДПС2 - образование и развитие трещин малоцикловой усталости от повторных нагрузок, особенно в зонах концентрации напряжений, или трещин многоцикловой усталости от вибрационных нагрузок с большим числом циклов нагружения ();

ДПС3 – образование и развитие трещин коррозионно-механического характера при эксплуатации в условиях воздействия коррозионных сред.

Рис. 8.4. Температурная схема механического состояния тела с трещиной