автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Методы определения предельных нагрузок и ресурса керамического изделия

ВВЕДЕНИЕ.

В.1. Цель работы и ее актуальность.

В.2. Выбор направления работы и ее содержание.Ь

В.З. Краткие сведения об исследованных керамиках и объемах статистических опытов,,.

1. ПРОГНОЗИРОВАН!® НА БАЗЕ ЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИКИ ВРЕМЕНИ

40 РАЗРУШЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ.а О

1.1. Элементы линейной механики, используемые в работе.

1.2. Проверка известной методики прогнозирования времени до разрушения при постоянном напряжении. ^

1.3. Статистики изломов стержней при кратковременном и длительном изгибе.

1.4. Напряжения при изгибе в зоне приложения силы.ЪЪ

1.5. Время до разрушения при стационарном циклическом нагружении.кг.

1.6. Выводы.¡

§

2. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ КЕРАМИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ.^

2.1. Методика регистрации параметров акустической эмиссии.

2.2. Акустическая эмиссия при монотонном нагружении до разрушения. вч

2.3. Акустическая эмиссия при выдержке под постоянной нагрузкой и при разгрузке.

2.4. Прогнозирование разрушающей нагрузки при монотонном нагружении. ^

2.5. Определение максимальной неразрушающей нагрузки.

2.6. Выводы.т-%

3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ КЕРАМИКИ С ПОМОЩЬЮ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ.

3.1. Вариации разрушающей и максимальной неразрушащей нагрузки при изменении направления изгиба или температуры изделия.••••.•.».

3.2. Разрушение при стационарном нагружешш.,.,.

3.3. Определение с помощью акустической эмиссии показателя степени в кинетическом уравнении развития трещинн.

3.4. Анализ экспериментальных результатов с позиций теории термофлуктуационного разрушения,.•»•.»•

3.5. ВыводыIII

4. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

4.1. Определение кинетического уравнения изменения прочности .*.

4.2. Определение наибольшего и наименьшего значений максимальной неразрушащей нагрузки при изгибе изделия.,,

4.3. Прогнозирование долговечности конкретного изделия и погрешности прогнозирования.>

4.4. Использование новых методов для других материалов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫШДЫ.«,.

Результаты работы доложены, обсуждены и получили одобрение на 1У Всесоюзной конференции (ВСК) "Проблемы надежности в строительной механике" (Вильнюс» 1975)! 1Х-ХП ВСК по надежности техники сверхвысоких частот (СПб, 1976-1982), Ш ВСК "Прочность материалов при низких температурах* (Винница, 1991)| на Всесоюзном семинаре по физике прочности С Каменец-Подольск, 1989)| на научных семинарах и конференциях Ленинградского дома научно-технической пропаганды (1977, £78), Института Проблем прочности (Киев, 1979-1980), ФТИ им»А.Ф.Иоффе (1981, 1991) , НПО "Керамика" (СПб, 1989-1991), ВШИТ им »Б, Е »Веденеева

СПб, 1981-1993], БНИТИ энергетического машиностроения (СПб, 1989-1998)} на российской научно-технической конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России" (Госком РФ по высшему образованию, СПб, 1996), на I и П международной конференции "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций, методы их решения" (СПб, 1995-199?].

По теме диссертации опубликовано II тезисов докладов на ВСЖ, российских и международных конференциях! 34 статьи, 19 описаний изобретений - всего 64,

Внедрение результатов работы подтверждено актами использования изобретений (способов контроля прочности") В ГШ йм»С.Й,Вавшюва использован способ по а,с.1619159 для изделий из оптической керамики типа КО» На Шебекинском химзаводе использован способ до а,с,96188? при обоснованном'увеличении сроков эксплуатации реакторов, сепараторов, подогревателей и трубопроводов для водородосодержащих сред» Во ВНИТЙ энергетического машиностроения использован способ контроля по а,сД 536251 для турбинных лопаток из керамики на основе окиси алюминия» ш

1. Александров А,П., Журков C.h. Явление хрупкого разрыва, - ГЛ.; Л.: Техиздат, 1.33, - 51 с.

2. Акустико-эмиссионный метод неразрушащего контроля прочности полусфер из оптической керамики/ С .Г.Никольский, В.О, Боршткин, И.С.Гилев ш др,// Оптический журнал . 1992.10» С .72-74.

3. A.c. 991248 СССР, ШШ3 С 01 N 3/32. Способ определения долговечности изделия при циклическом сжатии/ С.Г,Никольский. Опубл. 23.01,83, Бэд, Л< 3.

4. Высокотемпературные неметаллические нагреватели/ П#С.Кислый, АД .Бадан, В.С.Кандышева, Ф.С.Гарибян. Киев: Наук.думке, 1881, 166 с,

5. Гнесин Г.Г. Бескислородные керамические материалы, Киев? Техника, 198?. - 151 с,

6. Гринберг А«А., Кастальский A.A., Рыбкин CUM, Возбуждение ультразвуковых колебаний в германии импульсами тот// ЖШ> 1965« - Т.35, I 2| - 0*376-380,

7. Гузман И «Я,, а1осевв 1£«ФМ Латвия Ю,Н.// Труды ИХТИ т Д*И, Менделеева* 1981* - Вып#П8. - С,59-67.

8. Гогоци Г*А*, Завада В,ГЦ Оценка долговечности керамики со параметрами докритического роста третий// Пробл♦ прочности 1985, £ 2* - С.53-£6*

9. Гогоци Г,А., Завада В.П.» Неговскяй А.Н. Метод изучения до-крмтического роета трещин в керамике при двойном кручении образцов// Заводская лаб* 1982. - Л 9. - 0,83-85,

10. Гогоци Г„А,, Завада В,П., Харитонов Ф.Я, Прочность и трещиностойкость керамики. Сообщение X* Кордиерит// Пробл.прочности*1984, Ä 2, - 0,9—11*

11. Гогоци Г.А., Завада В,П., Щербина ОД. Прочность в трещино-стойкоеть керамики. Сообщение Я. Нитрвдкремняевая к ерамика// Яробл* прочности. 1984* » В 12* - СД1-15,

12. Грешников В.А», Лробот Ю.В, Акустическая эмиссия. М*г Йзд-во стандартов, 1976. - 272 с.

13. Кайнарокий И.С., Динас. ¡VU: Металлургия, I96I. 420 с,

14. Калитенко В.А., Кучеров М.Я., Перга Б.:Л. A3 полупроводников при протекания электрического тока// ФТТ, IS88. -T*22t Л 4. - С.578-581.

15. Кинетика уплотнения и собирательной кристаллизация M^g при горячем прессовании в вакууме/ ФД.Волынец, В.ЕцСшр-ная, Г#Г,Мамонтова» В.П.Угачев// Изв.АН СССР, Неорганические материалы* 1976, - ТЛ2, В I, - С.85-60,

16. Кириллов В.И», Николаева И.П. Исследование влияния искусственных концентраторов напряжений на прочность пьезокерами-ки// Труды ЛШ % 343 "Прочность штериалов и конструкций" .Л», 1976* С.28-32.

17. Коша К# Зкзоэлектронная эмиссия поверхностей металлов при усталостных повреждениях// Нихон киндзоку гаккай си, -1976, 46 » 9. - ВЦП I 79/59748.

18. Конструкционная прочность стекол и еиталлов/ Г.С.Писарев-ко, КД.Амельянович, Ю.Й.Козуб и др, Каев: Наук,думка, 1979, - 284 с,

19. Куколев Г,В. Химия кремния и физическая химия силикатов, -•М Изд-во лит.по строит., 1966. 280 с.

20. Конструкционные карбидкремниевне материалы/ Л.П.Гаршин, В,П.Караин, Г.С.Олейаик, Б.И.Сстроверхов. Л*; Машиностроение, 1975. - 152 с,

21. Лавренко В.А., Гогоци Ю.Г. Коррозия конструкционной керамики, M*s Металлургия, 1989. - 199 с.

22. Лурье А,И, Теория упругости. M.ï Наука, 1370. - 940 с.

23. Методика прогнозирования долговечности хрупжях керамических материалов/ В.А#Стрижало, С.Г,Никольский, В.П.Терен-тьев, С.З.Стасюк, Киев* йн-т проблем прочности АН УССР, 1989. - 42 с. - Препринт,

24. Механика разрушения и прочность материалов: Справ,пособие в 4 т./ Под общей ред, Панасюка В*В. Киев г Наук .душа, 1988.

25. МитропольскЕй А,К, Техника статистических вычислений» M.t Наука, 1971. - 576 с*

26. Наблюдение АЭ в процессе натружения высокотемпературного сверхпроводника Ва2Си307х/ В.С,Бойко а др.// Физика низких температур, 1989, - Л 9« - С,988-99!,

27. Никольский С.Г*, Бормоткин В.О. О роля разгрузки в развиjтии трещин// Об, докладов П междунар.конф» "Научно-технические проблемы прогнозирования долговечности и надежности.».". -СПб ИТ, 1995« С.86-88»

28. Никольский С»Г., Бормоткин В.С., Никольская Т.С, Способ определения максимальной нагрузки, еще не снижающей прочности изделия// Там же» С.88-89.

29. Никольский С »Г», Никольская Т,С», Гаэш Д»И. Долговечность сплава ХН65ВМТЮ при нагружеаии симметричным циклом// Там же#-С.89-91.

30. Никольский ѻû, Медведь В »А» Новый центробежный пульсатор для уоталоетных испытаний» ДШ* ~ 7 е* - Деп* в ВШИ 27*03»75, Л ВМ Д01409: Реферат в Об»"Рапорт*. * 1971» - I 9*

31. Никольский ѻû Развитие одной из гипотез повреждения материала// Труды ЛПИ $ 365 "Прочность материалов и конструкций". Л», 1978. - С»60-64»

32. Оценка прочности феррятевкх стемней с помощью АЭ/С,й.Ляха щшй, Л.А,Никольская, С,Г,Никольский, В,П.Терентьев// Электронная техника» Сер.8. 1961« - Вкп.З. - С,15-21.

33. Партон В.З. Механика разрушения. От теории к практике. -M.i Наука, 1990* 240 с.

34. Партон В.З* Морозов 1,М. Механика упругопластического разрушения* изд* ~ Наука, 1985. 504 с.

35. Писаренко Г,С*, Гогоци Г.А., Завада В«П. Трещшностойкость конструкционной кераздки//Пробл.прочности. 1995.1. И 4, — С #3—8.

36. Прочность и акустическая эмиссия материалов я элементов конструкций/ В, А. Отряжало, Ю.В .Добровольский, В,А» Стрель-ченко и др. Каев - й,| Энергия, 1988* - 96 с,

37. Рубинчик Л.В. Электропечи с нагревателями иа карбида кремния, M.î Энергия, 1978, - С. 95.

38. Сопротивляемость разрушению феррита в условиях длительного нагружения/ В,П.Завада, С.Г.Никольский, В.А.Стрижало, В.П,h6f OpofiJUflpo^HOCTHi 1988* - m 8* - e,42-46. 103. CfesaHBHH T*C* Hepaspyffiaaaysft A3 mHtpom Hpc*iH©esH asm

39. F,®p8MMMM c MTsmew'/ 3MSKfpomaM texaeKe, 0ep.#8* 1992.ismwckhx CEPSBO^HHK EO& peiuaKfiiuM*!«i*i AtOMmmf* 1876» * 1008 e* 105, Texsoaorsta iip0a3B0Jic?Ba $©ppa?OBKx mmmM/

40. I* 3B8R0 A«J>, S&ifiWa T#r# K0«0fpiKmoHi®ii xepttma.*myamsprm*. I960, 256 c. 112» TiRcmpmmmmm® mcMmomnm npomcmz mejt*po«cxfium~ ckqbo fapfope b iuiockom gagpfsegiiom eoctofluh»/ ¿U3#Msx&~sosaiiii s© ragpetextuiK« » 111 t* 1«? iatprMS, 1973* -c, 91-93,

41. Gogotsi G.A., Groushevsky Ja.I»., Strelov K.K.// Ceramurgia international. 1978. - V.4, N 3. - P.IX3-XX8.

42. Gilchrist £.1., Wells D. Acoustic Emission fna Graphite under Stress// Carbon. 1970. - V.8, H 6, - f, 694-707.

43. Govila B.K.//J.Aaer.Ceram.Soc. 1980. - Y.&3, H 5-6. -P.3I9-336.

44. X25. Evans a.g. A method, for evaluating th© time-dependentfailure characteristics ©f brittle materials and its application to polycrystalline alumina//J.Mater.Scl. 1972. V.7, K 10. - F.XX37-XX46.

45. Evans A.G. // Acta metallurgies. 1978. - V.26, H 12. -P.X845-X853.12?. Evans A.G. Fatigue in Ceramics// Intern.J.Fracture. -X98Q. ¥.16, N6, - P.485-498.

46. X28. Ivans A.G., Charles E.A. // J.Amer.Ceraa.Soc. 1975. -V.60, H 1-2. - P.22-28.

47. X3>0i Ivans A.G., Linzer M. failure prediction In aructural ceramic using acoustic emission//J.Amer.Ceras.Soc. ~1973. V.56, N II. - P.575-581.

48. X. Evans A.G., Linzer M., Ruesell L.R. Acoustic Emission and crack propagation in polycryetalline alumina// Mater.Sci.Eng. 1974. - Y.I5. - P.253-26X,

49. Evans A.G., Wiederhorn S.M. Crack propagation, and ¿allure prediction in silicon nitride at elevated temperature//«!. Mater. Sci. 1974. - V.9, JR 2. - P.27G-278.

50. Evans A.G., Gilling D., Mvidge R.W//J.Mater.Scl. -1970. V.5, H 3» - P.187-197.

51. Freiman S.W., He Kinney K.R., Smith H.L. Slow Orack Growth in Polycrystallin© Ceramics// Fracture Mech. Cerara. London, 1974,- V.2. - P.269-279.

52. Bamako S// Proco-th Intel-national Symp. on Automative Propulsion System, AR0-I5. 1981.- P.440-450.

53. Heywood K.B. Designing against fatigue. London: Chapman and Hall, 1962. - 115 p.1.7, Irwin G.R. Analysis of stresses and strain 11&&T the end of a crack traversing a plate//J.Appl.lteeh. 1957. -V.24, KJ. - P.561-364.

54. Jam«s D.H., Carpenter 3.R. Relationships befcweea Acoustic Emission and Dislocation. Kynetiee in Crystallina Solids// J. Appl.Phys, 1971» - V.42, 8 12. - P.4685-4697.

55. Jax P., Ga&r H. Verfolgung von Bruchvergangen im MSkro-uiid Makrobereich an Glazem und Glaskeramik mit Hilfe Sohallemisßionsanalyae (SEA)//Glastechn. Berichte. 1977.-B.5Ö. - S.,229-236.

56. Jax P., Hums D. FeStellung und Überwachung beginnender Mißbildung und des Riöwaehstuas in keramischen Werkstoffen mit Hilf® des* Sehall eiaissiönsaaalyse// Keram.Z. -1974. B.26. - S625-630.

57. Kirchner H.P., Gruver K.M. Fracture Mirrors in Ceramics and Glass// Fracture Mechanics of Ceramics. Londoa, 1974.-¥.1. - P.309-522.

58. Ktrelmer H.P., Gruver K.M.//J.Am©r.Cera®.So©. 1980. -V.63, H 3-4. - P.169-174.

59. Kirchner H.P., Gruver E.M., Richard D.M.//J.Kater.Sei. -1979. V.I4, s XI. - P.27X3-2720.

60. SchuldiesJ.J. The acoustic response of mechanically stressed ceramics// Mater.Ivaluation. 1973. - 7.31,1. N 10. P.209-21$.

61. Smith S., Morton T.M. Acoustic Emission Detection Techniques for High.cycle Fatigue testing// Experimental Mechanics. 1973« - V.13, H % - P.I9I-I98.

62. Walker N., Beovere C.J. A fatigue ©rack closure mechanism in titanum// fatigue of Engineering Materials and Structures. 1979. - V.l. - P.155-148.

63. Wiederhorn S.M. Subcritical Crack Growth in Ceramics//

64. Fracture Mechanics of Ceramics. London, 1974. -P.6IJ-646.

65. Wiederhorn S.M., Ivans A.G., Fuller K.B., Johnson H. Application of fracture mechanics to space-shuttle window s//«J .A&er.Ceram.Soc. 1974. - V.57» N ?.1. P.319-325.

66. Wiederhorn S.M., Evans A.G., Boberts D.E. A Fracture Mechanics Study of the windows// Fracture Mechanics of Ceramics. London, 1974. - V.U. - P.829-842.

67. Wiederhorn S.M., Fuller E.H., Mandel J., Evans A.G.// J.Amer.Ceram.Soc. 1976. - V.59. M 9-10. - P.403-4II.

68. Wiederhorn S.M., Townsend b.w. Crack Healing in Glass// J.Amer.CeraauSee. * 1970. Y.53» H 9. - P.486-489.

69. Wright I.E. Acoustic emission of aluminium titanate// J.Aaer.Oeram.Soc.- 1972. V.55» K I. - P.54-68.175. »u G.E., Freiman S.W., Bice h.w.//J.Mater.Sei. 1978. -V.I3, H 12. - P.2659-2670.