автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Влияние режима нагружения на усталостную долговечность элементов металлоконструкций

)

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

Лядецкий Илья Александрович

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НАГРУЖЕНИЯ НА УСТАЛОСТНУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

здания и сооружения

I

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск, 2003

Работа выполнена на кафедре строительных конструкций Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Емельянов Олег Владимирович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Губайдулин Рафкат Галимович,

г,.. 'Кандидаттехнически^раук,доцент Шувалов Александр Николаевич

Ведущая организация - ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко

Защита состоится «/У » дёКо5р>5! 2003 г. в «/5"°°» на заседании диссертационного совета К 212.Г11.01 в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г. И. Носова по адресу: Магнитогорск, пр. Ленина, 3,8, Малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан« /2 » 2003г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

А.Л. Кришан

2оо5 - А

/ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В различных отраслях промышленности широко применяются сварные металлические конструкции- (МК) и сооружения: подкрановые балки, мачты, башни, резервуары и т.д. При массовом. изготовлении сварных МК наличие в них дефектов сварки в виде непроваров, подрезов, пор и др. практически неизбежно. При однократном нагружении подобные дефекты, как правило, не снижают несущей способности конструкции. При циклических же воздействиях (даже сравнительно низкого уровня) дефекты сварки трансформируется в усталостные трещины на ранней стадий эксплуатации конструкции. Время трансформации дефекта Сваркй в' усталостную трещину составляет не более 10 -г-12 % от общей Долговечности конструкции, поэтому, ресурс конструкции в основном определяется временем подрастания усталостной трещины до некоторого критического размера, соответствующего моменту достижения одного из предельных состояний (разгерметизация резервуаров, недопустимое снижение несущей способности расчетного сечения вследствие ослабления его трещиной и др.).

В существующих нормах (СНиП II - 23 - 81*) расчета сварных МК на выносливость отсутствуют рекомендации, позволяющие учитывать нерегулярность нагружения, вероятность наличия исходных технологических дефектов, возможность зарождения из дефектов сварки усталостных трещин и их дальнейшее развитие.

М,етод расчета долговечности строительных конструкций, разработанный в ЦНИИПСКа им. Мельникова, основан на использовании линейной гипотезы суммирования усталостных повреждений!, и при определении долговечности элементов конструкций не учитывает взаимодействие амплитуд разных уровней. "— -

В связи с вышеизложенным, актуальной является проблема достоверной, оценки долговечности конструкции при эксплуатационных воздействиях в случае наличия несовершенств и технологических дефектов. Определенные успехи в решении этой проблемы ¿экраны с применением методов механики разрушения, позволяющих,¡разрдба-тывать адекватные математические модели для описания процесса усталостного разрушения и на базе этих моделей вьцюлнят^ расчетную оценку ресурса элементов конструкций и сооружений.

Цель работы. Разработка методики расчета долговечности элементов ¡МК при наличии в расчетных сечениях исходных; технологических дефектов и. макротрещин, период подрастания, которых, до критических размеров .определяет срок службы конструкции, суче-

" ' " '■>/"'■ -4.1 ■

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С. Петербург ул..

' ОЭ акУ «Л/

том влияния режима нагружения на их развитие.

Научную новизну работы составляют:

1) закономерности влияния пластических деформаций, протекающих в вершине трещины при однократном и циклическом нагру-жениях, на величины максимального коэффициента интенсивности напряжений (КИН) Ктах и размаха КИН ЛК;

2) закономерности кинетики перераспределения перед фронтом трещины активных и остаточных сжимающих напряжений при различных режимах монотонного гармонического нагружения и перегрузках; закономерности влияния величины разгрузки после воздействия перегрузки на формирование остаточных сжимающих напряжений в окрестности вершины трещины и кинетику роста усталостных трещин (РУТ);

3) универсальная математическая модель РУТ, основанная на учете взаимодействия активных и остаточных напряжений перед фронтом трещины;

4) методика расчета функций распределения долговечностей и надежности элементов сооружений, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических размеров определяет срок службы конструкции.

Практическую ценность работы представляет разработанная инженерная методика расчета усталостной долговечности элементов МК при наличии в расчетных сечениях исходных технологических дефектов, учитывающая влияние режима нагружения на процесс их развития.

Внедрение результатов. Настоящая работа выполнена в соответствии с грантом Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук по теме «Прогнозирование надежности и долговечности металлических конструкций реконструируемых объектов». Методика расчета долговечности и надежности элементов циклически нагружаемых конструкций нашла практическое применение при прогнозировании срока службы конст-.рукций и сооружений, обследуемых и проектируемых ОАО «Магнитогорский ГИПРОМЕЗ».

Апробация работы. Основные результаты работы были обсуждены и одобрены на 3 международных конференциях («Композиционные строительные материалы. Теория и практика», Пенза, 2001; «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения», Санкт-Петербург, 2001; «Надежность и долговечность строительных материалов и кон-

струкций», Волгоград, 2003), а также на 61-ой-» и ¡62-ой научно-технических конференциях (МГТУ, Магнитогорск, 2002, 2003).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состой!» йз введения, четырех глав, основных выводов и списка использованных источников. Работа изложена на 214 страницах машинояисного текста, включающего 100 рисунков, 11 таблиц, списка использованных источников из 140 наименований.

На защиту выносится:- - •....•■<

1) закономерности-влияния пластических деформаций, протекающих в вершине Трещины-при однократном и циклическом, нагру-женйях,'на веЛ'ичины максимального КИН К^ и размаха КИН ЛК; ~

2) закономерности кинетики перераспределения перед фронтом трещины активных и остаточных сжимающих напряжений при различных режимах монотонного гармонического нагружения и перегрузках; закономерности влияния величины разгрузки после воздействия перегрузки на формирование остаточных снимающих напряжений в окрестности вершины трещины й РУТ} ■ • ■ .

3) методика расчета функций распределения долговечности и надежности элементов сооружений, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических- размеров определяет' срок службы конструкции; определение функции надежности выполняется методом статистического моделирования с использованием многофункциональной модели кинетики РУТ.

" СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена цель Диссертационной работы, дано обоснование ее актуальности, отмечены научная новизна и практическая ценность работы, а также положения, вынесенные на'защиту.. ;

Первая глава работы посвящена обоснованию задач исследования'на основе анализа причин разрушения металлических конструкций и методов их расчета на усталость. • •

1 Показано, что очагами зарождения усталостных разрушений в сварных МК являются технологические дефекты в виде пор, непрова-ров, подрезов и др., расположенные в зонах конструктивной концентрации напряжений. При циклических воздействиях' (даже сравнительно низкого уровня) дефекты сварки трансформируются в усталостные трещины на ранней стадии эксплуатации конструкции. Поэто-

му в запас прочности и долговечности целесообразно конструкции рассчитывать по стадии РУТ до достижения трещинами предельного размера.

Исследованию кинетики РУТ, анализу долговечности посвящены работы C.B. Серенсена, В.В. Болотина, В.П. Кагаева, H.A. Махутова, Д.И Броека др. Влияние ряда факторов эксплуатационного нагруже-ния на процесс распространения усталостных трещин изучено в работах Уиллера, Элбера, А.Б. Злочевского, А.Н. Шувалова, JI.A. Бонда-ровича, О.В. Емельянова и др.

Накопленные экспериментальные данные и теоретические модели РУТ затрагивают в основном проблему влияния растягивающих перегрузок или снижения уровня циклической нагрузки на кинетику РУТ и хорошо описывают кинетику их развития в исследованиях, в рамках которых они были получены. Это связано с тем, что в настоящее время отсутствует математическая зависимость для описания кинетики РУТ при различных режимах монотонного гармонического нагружения справедливая в общем случае и имеющая под собой солидную физическую базу. Кроме того, ни одна из существующих моделей расчета развития трещины после воздействия перегрузки не позволяет учесть влияние величины разгрузки после воздействия перегрузки растяжением на величину задержки в развитии трещины. Между тем имеющиеся ограниченные данные, в основном феноменологического характера, показывают, что при одинаковом уровне перегрузки растяжением увеличение величины разгрузки после воздействия перегрузки вызывает снижение эффекта торможения роста трещины.

В связи с вышеизложенным для Достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

1) изучить влияние пластических деформаций, протекающих в вершине трещины при однократном и циклическом нагружениях, на величины максимального КИН и размаха КИН;

-2) исследовать закономерности кйнетики перераспределения напряжений в окрестности вершины трещины при различных режимах монотонного гармонического йаГ^сения; разработать модель РУТ при монотонном гармоническом нагружении, учитывающую влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения;

3) исследовать закономерности влияния величин перегрузки и разгрузки после воздействия перегрузки на кинетику перераспределения активных и остаточных напряжений в окрестности вершины тре-" щины и скорость РУТ в пределах зоны влияния перегрузки; ' ' 4) на базе анализа полученных экспериментальных данных раз-

работать методику вычисления скорости РУТ после воздействия перегрузки;

5) для конструкций, воспринимающих циклические воздействия, разработать методику расчета долговечности элементов сооружений, учитывающую наличие в расчетных сечениях исходных технологических дефектов сварки и влияние коэффициента асимметрии цикла на-гружения, перегрузки и величины разгрузки после воздействия перегрузки на развитие усталостных трещин.

Во второй главе изложены методики исследования напряженного состояния перед вершиной трещины при упругопластическом деформировании материала, определения КИН и проведения усталостных испытаний.

Изучение кинетики напряженного состояния материала в вершине трещины при различных режимах монотонного гармонического нагружения и после воздействия перегрузок выполняли методом конечных элементов (МКЭ). При изучении кинетики НДС были использованы данные об упругих и пластических свойствах сталей Ст20, ВСтЗсп, 09Г2С, 15Г2СФ, в виде диаграмм деформирования, полученных по единой методике с использованием малобазных тензорезисто-ров. Все указанные стали являются циклически стабильными, а их механические свойства охватывают весь диапазон механических свойств строительных сталей.

Значения КИН вычисляли используя уравнения линейной упругой механики разрушения, энергетические методы и непосредственно по полю напряжений.

Для получения количественных зависимостей, описывающих влияние режима нагружения на скорость роста усталостных трещин, проводились ресурсные испытания компактных внецентренно-растянутых образцов. Образцы были изготовлены изсталей ВСтЗсп и 09Г2С толщиной 12 мм. Нагружение образцов осуществлялось на универсальной испытательной машине ЦДМ Пу-10т. Частота нагружения составляла 10 Гц, коэффициент асимметрии цикла R при монотонном гармоническом нагружении варьировался в диапазоне от 0 до 0,8; уровни перегрузки для стали 09Г2С (К°!тах - Ктах) / = 0,718; 0,878; 1,028; 1,252; 1,436; коэффициент асимметрии перегрузки R0i = 0,0334; 0,0377; 0,0438; 0,0457; 0,2667; коэффициент асимметрии рабочего нагружения после воздействия перегрузок R = 0,0625; 0,0714; уровни перегрузки для стали ВСтЗсп {К° тах- Ктах) / ST = 0,511; 1,518; R0t = 0,0385; 0,05; R = 0,0625.

В третьей главе изложены и проанализированы результаты экспериментального исследования кинетики НДС материала в окрестно-

ста врршины трещины при статическом и циклическом нагружениях, а также после воздействия перегрузок. Кроме этого, в этой главе приведены результаты экспериментального исследования кинетики РУТ при различных режимах,монотонного гармонического нагружения и после воздействия перегрузки.

.Мр^рт:рнное гармоническое нагружение: На основании анализа результатов исследований кинетики НДС материала в вершине трещины установлено, что:

. ., \ ^довдлическце, пластические деформации материала, протекающие в вррщине трещины, при значении АКупр/8т< 3,5, не вызывают увели^е^ия размаха КЙН и максимального КИН по сравнению с упругим случаем, что позволяет использовать уравнения линейной упругой м^хандоц, разрушения для их вычислений;

.. •2) в, полуциклах разгрузки при относительной величине нагрузки Р / Ртах = 0,54 -н 0,8, в окрестности вершинь1.трещины начинают фор- ' мироват,ься остаточные сжимающие напряжения; при этом протекают два прртйвоположных процесса - роста остаточных сжимающих напряжений по мере снижения нагрузки и снижения остаточных напряжений ,в результате перераспределения напряжений вследствие протекания. циклических пластических деформаций; ;

3) ддя циклически стабильных сталей при 1:олщине металлопроката до 30 мм отношение величины остаточных сжимающих напряжений,, формирующихся в вершине трещины в полуциклах разгрузки, к размахугщпр?жений в. вершине трещины инвариантно к марке стали, толщине металлопроката, величине максимального КИН и зависит только ,от величины коэффициента асимметрии цикла нагружения.- . . .'.„■».!.., .• , .

С целью адекватного отображения процесса циклического деформирования материала в окрестности вершины трещины (процесса накопления усталостных^рвреждений) предложено использовать в расчетах эффективную величину номинального размаха КИН:

,ЛК^=ихАК, (1)

где £/= 1 - \ да0ст / '

Зависимость между и я Я путем регрессионного анализа экспе-1 рймёнт'альньгх'данных была аппроксимирована выражением:

' ' ' и = -3.1301хЯ6 + 6.1548х/!5 -2.5839хД4 -0.4271хй3 ^

•+0,5314хД2 + 0.1571 х Л+ 0.5686

Для описания РУТ при гармоническом нагружении предложена

зависимость: , ,, ........

<///<ЙУ = Се#( АК^У, (3)

Достоверность предложенной модели РУТ подтверждается результатами обработки экспериментальных данных, полученных при испытаниях компактных образцов из сталей 09Г2С и ВСтЗсп в настоящем исследовании и исследованиях других авторов (рис. 1).

Гармоническое нагружение с растягивающей перегрузкой. Для оценки влияния величины перегрузки на эффект торможения роста трещины были выполнены исследования МКЭ кинетики НДС в вершине трещины при различных параметрах нагружения (рис. 2).

Установлено, что с увеличением уровня перегрузки возрастают величина и протяженность остаточных сжимающих напряжений, формирующихся в окрестности вершине трещины при разгрузке. Суммирование остаточных напряжений с напряжениями от внешней нагрузки при рабочем уровне нагружен™ приводит к снижению действующих напряжений у вершины трещины и скорости ее развития.

Для циклически стабильных сталей при толщине металлопроката до 30 мм установленная-зависимость между относительной величиной эффективного размаха КИН £//' и уровнем перегрузки (К°'тах-Ктах) / непосредственно после воздействия перегрузки при Ят = Я01 инвариантна к марке стали, толщине металлопроката и описывается выражением: :

t/д = -0.04248 х

К — к

■"-max Лшах

2 / „ Л

- 0.10748 X

К°1 — к

■"■max -"-max

+ ил, (4)

v X V - ✓

Где К0 тах- максимальное значение КИН перегрузки; Ктах - максимальное значение КИН рабочего нагружения; St - циклический Предел текучести стали; Ur - относительная величина эффективного размаха КИН рабочего нагружения.

На основании анализа результатов развития усталостных трещин после воздействия перегрузок при испытаниях лабораторных образцов установлены три участка в развитии трещины в зоне задержки трещины (рис.3): на 1-ом участке (непосредственно после воздействия перегрузки), происходит замедление скорости РУТ; на 2-ом участке трещина развивается с постоянной скоростью; на 3-ем участке развитие трещины ускоряется и в конце зоны влияния перегрузки ее скорость достигает скорости роста трещины при постоянной амплитуде нагружения в случае отсутствия перегрузки.

Для испытанных образцов протяжённости зоны задержки в раз витии трещины, участков замедления и ускорения хорошо совпадают с размерами зон, вычисленными по формулам:

. % Л*»». нмЛмакл |»»«ч<|1|цшц»<1.

«^SfcTirtoM' «.КМ^гМ«* «»• д. |в

tMI J Г

0

V }

Ы Л lili

wr, ммлцмт t»w»»« т.

«пням g^MJirkl«1 TMWHII <■« Л ■•»Л 1 • Л У

•

é ■ * •

I* la •IM M« i

«М »•• 1*0

л К. tthm"

lg «IWM, ММ/илкД

б)

Стмь КТ)н

в)

>,«IT J irfHM» a^Mutam)

л

«¿Я |№t1U 1МЛ вМИШ 444 QM.« «Ra«,Tl4 дМ1

im ♦

Й ы • Шу» ■»•♦•* «

К К wuraMM J»

> íT

f

, * f

A ■ «M.» • MJ

(( МММ, KM Дана J* Ul-T^l« ■■•I.T.

1М1ИМ4А «rUdiria«' «^aliJiitak' П ».«м-¿—

/ »

■

■ V- ♦u ■ MI

4,tl , ,>]7J rr/Mé' • «ríen1 ТМ«ш M им -

-

■»J» _

/ - а«>41П iMJiir • И4Н4

IftftMtf.MtfJuuji iMip-МЬм* И-

MWi'Ni-y • ^IMIirtw' «T W

•• ПМ ♦

1 > «

-Л

4 ■ МЛ • К>171

Л ш

ЛК,КГ(ММП

ч тш,»инцмл_<|iiimt«iH«tu >.

AW (tul • ^Miiha1 а,ММ irW ♦

■ # * • * 1

■ . ,+y «

• |M.I

чшмN «мйщм

Г)

* «rfu«! a,ai4Jir(u>

Г

■ ■ Ш *«Jt1> «nw

17 H Ijf Л1ЛМ, ММЙ(ММ " »• " llalli .iK^.wíü».* Д*ип>* MWr»« A «„

t^UJUMiH • •

Танцам »».»€ I»

ir , #

i

* *»4 MJ RMJ7 MJt

¿ я I

» * fgtflMN.tf i IMJM*A 4 A« II y« «>wt Mat*a«ka<,

AfCt Hllt itMMlHHH' Г|4М кПи«' til«m S"J нн . «

e ♦

■ I»

• |MJ

Рис. 1. Диаграммы усталостно!» разрушения:

а), в) - уравнение Пэриса; б), г) - предлагаемая зависимость

'м

гуам,уск

2жх0т АК\

(5)

л«--.

2/гх5г '

(6) . ^ V.

Ис'пйльзуя метод К -"калибровки1 ' при анализе развития трещины в зоне 2- Схема режима

задержки были'-устанбвлены зако- - ■ ■ • • '; нагружения номерности измейения относителЬ- ^Г^ ной: величины эффективного размаха КИН и в пределах зоны задержки трещины (рис. 4); ' ' - участок замедленного роста

усталостной трещины

- участок' ускореннрго роста усталостной трещины ,

и = иг+(иэкс-и3)х

где [/, =—< 1, (10)

■^ксимадщое значение перегрузки;,. Р',^ - Максимальное значение' нагрузки следующего после перефуз^и^ рабочего нагружения; и о0' - относительная величина

эффективного размаха КИН пере- ¡,а

грузки, определяется по формуле. (2); г - положение вершины трещины в пределах циклической пластической зоны; - размеры участков ускоренного и замедленного развития трещины;

Рис. 3. Схемы поясняющие

эффект задержки развития-усталостной трещины после воздействия перегрузки .

АК-,

где

(П)

А^з = ^Чпер +гм- 2 X к X „

Рис. 4. Схема изменение параметра (У'Вгпределах зоны задержки

при этом должно выполнятся условие /„ + гм = 1тек +-2-— ;

' ' ■ ' 2xnxSj

Для исследованных сталей и указанных условий испытания образцов S - 3, à параметр Л = 0,5.

Влияние величины разгрузки после воздействия перегрузки на кинетику РУТ.

установлено, что при одинаковых величинах перегрузок растяжением уровень снижения образующихся в окрестности вершины трещины остаточных сжимающих напряжений существенно зависит от интенсивности развития циклических пластических деформаций, протекающих при разгрузке непосредственно после воздействия перегрузки, и возрастает с увеличением величины разгрузки. По мере снижения остаточных напряжений уменьшается обусловленный ими эффект торможения роста усталостной трещины.

Для циклически стабильных сталей при толщине металлопроката до, 30 мм зависимость между относительной величиной эффективного размаха КИН Ur'(Rn^Roi) непосредственно после воздействия перегрузки и разностью (Rm - R0i)' была аппроксимирована выражениями: Ur(r„*roI) ~ (0-4862 х (i?m - Ло/ )+ l)x при (Rm-Rol)< 0, (12)

- и°тм = (о.2856х(Дт-Rol)+l)xU°Rl при (Rm-Rol)> 0, (13)

где Ur1 - относительная величина эффективного размаха КИН при Rm = Roi, определяемая по формуле (4). ., , .

Таким образом, в рамках единой физической концепции РУТ с позиции взаимодействия остаточных-сжимающих напряжений перед фронтом трещины с напряжениями от внешней нагрузки объяснены влияние асимметрии циклического нагружения, влияние перегрузки и величины разгрузки после воздействия перегрузки на процесс РУТ.

Достоверность предложенной модели РУТ подтверждена проведением ресурсных испытаний образцов, обработкой результатов усталостных испытаний образцов и натурных узлов выполненных в других исследованиях.

В четвертой главе приведена методика оценки усталостной долговечности элементов МК на стадии РУТ.

Функция распределения долговечности расчетного сечения вычисляется методом статистического моделирования (методом Монте-Карло).

Алгоритм расчета:

1. Реальный эксплуатационный процесс нагружения заменяют блочным, используя два подхода. Первый подход - функции распре-

деления двух случайных величин - амплитуды аа и среднего напряжения цикла от (полученных одним из методов, изложенных в ГОСТ 25.101. - 83) заменяют ступенчатой линией, которая'в графической форме Представляет собой блок нагружения. Второй подход заключается в том, что если весь процесс нагружения разбить на различные интервалы- временй, во время которых статистические характеристики процесса нагружения (математическое ожидание и дисперсия напряжений) не изменяется, то весь процесс нагружения можно представить в виде суммы узкополосных квазистационарных процессов, каждый из которых будет иметь свои статистические параметры.

Согласно [А.Б. Злочевский, B.C. Шапкин], если схематизируемый процесс нагружения является узкопо^осным, то в качестве базового равноповреждающего процесса принимается гармонический процесс, эквивалентный случайному по статистическим характеристикам. При этом средние значения гармонического (и случайного1 Ман процессов равны, а статистически эквивалентная амплитуда гармонического воздействия равна:

где £> ' - дисперсия номинальных напряжений исходного процесса <7я(г).

2. Определяется число циклов нагружения (сгйг + егт1), соответствующее г - ой ступени.

3. С помощью стандартной программы генератора равномерно распределенных чисел моделируются две случайные величины: номер ступени .нагружения, число циклов ступени и7- (и,- < п0бЩСт)-

4. Решается задача о приращение трещины в течении щ циклов с учетом взаимодействия циклов различного уровня. При этом в качестве критерия разрушения элемента конструкции принимается условие достижения усталостной трещиной предельного размера, определяемого из возможных предельных состояний сечения.

• 5. После завершения заданного числа статистических моделирований, полученный массив значений долговечности подвергается статистической обработке, по результатам которой строится функции распределения ресурса Р(Ыд) и функция надежности Н(Ыд) расчетного сечения для данных элементов МК.

Третий, четвертый и пятый пункты в настоящей работе реализованы с помощью программы «Прогноз».

На рис. 5 приведен результат расчета функции распределения усталостной долговечности и надежности монтажного бойто-сварного

(8)

соединения на отметке 25 м . решетчатой радиорелейной башни высотой 180м. Число испытаний было принято 01 равным 1000, т.к. при его „ увеличении результаты расчета изменялись не более чем на 2...3 %.

Ж.

го оо гг оо з« оо г« оо г« оо зо оо

м.оо зв оо N. годы

Рис.5.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Н(ИД|

1. Выявлены закономерности перераспределения активных и остаточных напряжений в окрестности вершины трещины при различных режимах монотонного гармонического нагружения. С позиции взаимодействия остаточных напряжений, формирующихся в окрестности вершины трещины в процессе разгрузки, с напряжениями от внешней нагрузки объяснено влияние асимметрии цикла нагружения на скорость роста трещины. Установлено, что для циклически стабильных сталей при толщине металлопроката до 30 мм отношение

-величины остаточных сжимающих напряжений, формирующихся в вершине трещины в полуциклах разгрузки, к размаху напряжений в указанной точке в полуцикле нагружения инвариантно к марке стали, толщине металлопроката, величине максимального КИН и зависит только от величины коэффициента асимметрии цикла нагружения.

2. Изучены закономерности перераспределения напряжений в окрестности вершины трещины при воздействии интенсивных перегрузок и последующем переменном нагружении. Установлено, что растягивающие перегрузки приводят к формированию в указанной области стабильных сжимающих напряжений и значительному повышению ресурса на стадии роста трещины; длй циклически стабильных сталей при толщине металлопроката до 30 мм зависимости относительной величины эффективного размаха КИН II от уровня перегрузки (К°'тах-КтахУЯт при различных значениях коэффициентов асимметрии цикла перегрузки инвариантны к марке стали, толщине металлопроката. Чем больше уровень перегрузки, тем меньше относительная величина эффективного размаха КИН.

3. При одинаковых величинах перегрузок растяжением уровень снижения образующихся в окрестности вершины трещины остаточных сжимающих напряжений существенно зависит от интенсивности

развития циклических пластических деформаций, протекающих при разгрузке непосредственно после воздействия перегрузки, и возрастает с увеличением величины разгрузки. По мере снижения остаточных напряжений уменьшается обусловленный ими эффект торможения развития трещины. Установлены Закономерности влияния величины разгрузки после воздействия перегрузки на эффективную величину номинального размаха КИН.

4. На основании анализа результатов развития усталостных трещин после воздействия перегрузок при испытаниях лабораторных образцов установлены:

- три характерных участка в развитии трещины в пределах зоны задержки - на 1-ом участке (непосредственно после воздействия перегрузки), происходит замедление скорости роста трещины; на 2-ом участке трещина развивается с постоянной скоростью; на 3-ем участке развитие трещины ускоряется и в конце зоны влияния перегрузки ее скорость достигает скорости роста трещины при постоянной амплитуде нагружения в случае отсутствия перегрузки. Размеры участков замедления и ускорения усталостной трещины в пределах зоны перегрузки хорошо совпадают с размерами зон циклических пластических деформации;

- закономерности изменения фактических значений относительной величины эффективного размаха КИН в пределах зоны задержки.

5. Разработанная математическая модель роста трещины, позво-ляе+ учитывать влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения, воздействие перегрузки растяжением, влияние величины разгрузки после воздействия перегрузки на изменение скорости роста трещины. Применение предложенной методики при обработке экспериментальных даннйх позволило получить параметры сопротивления материала развитию трещины, не зависящие от параметров внешней нагрузки.

6. Для конструкций, воспринимающих циклические воздействия, разработана методика расчета функций распределения долговечности и надежности элементов сооружений, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических размеров определяет срок службы конструкции; определение функции надежности выполняется методом статистического моделирования с использованием многофункциональной модели кинетики усталостного роста трещины, учитывающей влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения, воздействия растягивающих перегрузок и величины разгрузки после воздействия перегрузки.

• Основные положения и результаты диссер-^ации" бпублнкова-ны в следующих работах: ' ''1 '' л'11'

1. Емельянов О. В., Лядецкий И: А'. Методблб'Мчё'ский'подход к прогнозированию кинетики усталостного разруйгенйя металлов // Композиционные строительные материалы. Теория и Практика: Сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. конф. Ч. I. - Пенза. - 2001. - С. 104 — 106. ' '

2. Емельянов О. В., Лядецкий :И.' А. Влияние асимметрии цикла нагружения на кинетику роста усталостных трещин // Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения. Труды IV - ой Междунар. конф. СПб.: «Нестор», 2001.-С. 115 -119."

•'3. Емельянов О. В., Лядецкий И'.'А.-Модель роста усталостной трещины при стабильном гармоническом нагружении // Строительство и образование: Сб. науч. тр. Вьт'. 5 Екатеринбург, УГТУ - УПИ, -2002.-С. 133- 135. ' 1

4: Емельянов О. В., Лядецкий И. А. Определение характеристик сопротивления стали развитию трещин при циклическом изменении нагрузки // Строительные материалы и изделия. Межвуз.' сб. науч. тр. Магнитогорск: - 2002. - С. 300 - 308.

5. Емельянов О. В., Лядецкий И. А. Влияние пластических де-' формаций в вершине трещины на величину коэффициента интенсивности напряжений // Надежность и'долговечность строительных материалов и конструкций: П1 Междунар. науч.-техн. конф. Волгоград. -2003.-С. 22-24.

6. Лядецкий И. А. Влияние режима нагружения на усталостнуй'1' долговечность элементов металлоконструкций //62 науч.-техн. конф. по итогам научно-исследовательских работ за 2002 - 2003 гг.: Тез. докл. науч. техн. конф. Магнитогорск: МГТУ. - 2003, С. 27 - 30.

7. Емельянов О.В., Лядецкий И.А Влияние уровня перегрузки на скорость развития усталостных трещин. Деп. в ВИНИТИ 07.10.03 №1779 - В2003.

8. Емельянов О.В., Лядецкий И.А Влияние величины разгрузки после воздействия пере!грузки На кинетику роста усталостных трещин. Деп. в ВИНИТИ 07.10.03 №1778-В2003.

' ■ ' ! ' -14 14

I

Подписано в печать 5.11.03. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 820.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

2oos -A í 822^

»18229

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИХ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ.

1.1. Анализ причин разрушения металлических конструкций.

1.2. Анализ современных норм расчета металлоконструкций, работающих в условиях циклического нагружения.

1.3. Анализ результатов дефектоскопии сварных швов.

1.4. Анализ методов оценки циклической долговечности элементов металлоконструкций на стадии распространения трещины.

1.5. Анализ эмпирических моделей, предложенных для оценки торможения роста усталостных трещин после воздействия растягивающих перегрузок.

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методика исследования напряженного состояния в окрестности вершины трещины при упругопластическом деформировании материала.

2.1.1. Статическое (отнулевое) нагружение.

2.1.2. Циклическое нагружение (разгрузка и повторное нагружение).

2.2. Методика определения коэффициента интенсивности напряжений.

2.2.1. По полю напряжений.

2.2.2. Метод К - калибровки.

2.2.3. Метод ] - интеграла.

-32.3. Методика проведения усталостных испытаний.

2.3.1. Образцы для испытаний.

2.3.2. Выбор сталей.

2.3.3. Механические характеристики сталей ВСтЗсп и 09Г2С.

2.3.4. Испытания образцов.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Исследование кинетики напряженного состояния материала в вершине трещины при однократном и циклическом нагружениях.

3.1.1. Статическое нагружение.

3.1.2. Циклическое нагружение.

3.2. Исследование развития пластических деформаций в вершине трещины при однократном и циклическом нагружениях.

3.2.1. Статическое нагружение.

3.2.2. Циклическое нагружение.

3.3. Модель РУТ при стабильном гармоническом нагружении.

3.4. Исследования влияния перегрузки на кинетику роста усталостных трещин.

3.4.1. Влияние уровня перегрузки на скорость развития усталостных трещин.

3.4.2. Влияние величины разгрузки после воздействия перегрузки на кинетику роста усталостных трещин.

В настоящее время одной из актуальных инженерных задач является совершенствование методов расчетной оценки надежности и долговечности металлических конструкций и сооружений (резервуары, сосуды давления, мачты, башни и т.д.), воспринимающих в процессе эксплуатации повторно-статические или циклические нагрузки, вызванные изменениями объема хранимого продукта, колебаниями рабочего давления, порывами ветра и т.п.

В существующих строительных нормах (СНиП II - 23 - 81*) вопросы оценки надежности и долговечности не нашли должного отражения. Так фактор времени эксплуатации учитывается косвенно коэффициентами перегрузки и условий работы. Несущая способность сечений рассматривается независящей от характера нагружения и неизменной в течение всего срока эксплуатации сооружения. Влияние исходных дефектов на прочность и выносливость конструкций не рассматривается. Предполагается, что на протяжении всего срока службы в расчетных сечениях не должно быть трещин, в том числе и усталостных. Однако, как показывает практика до 90 % всех используемых в нашей стране металлических конструкций являются сварными. При их массовом изготовлении дефекты сварки в виде острых подрезов, неметаллических включений, макротрещин, газовых пузырей, расслоений и др. практически неизбежны. При однократном нагружении подобные дефекты, как правило, не снижают несущей способности конструкции. При циклических же воздействиях даже при сравнительно низком уровне напряжений дефекты сварки трансформируются в усталостные трещины на ранней стадии эксплуатации конструкции. Время трансформации дефекта сварки в усталостную трещину составляет не более 10^12% от общей долговечности сооружения (конструкции). Таким образом, ресурс конструкции в основном определяется временем подрастания усталостной трещины до некоторого критического размера, соответствующего моменту достижения одного из предельных состояний (разгерметизация резервуаров, недопустимое снижение несущей способности расчетного сечения вследствие ослабления его трещиной и др.).

Поэтому для обеспечения надежности сварных металлоконструкций необходимо прогнозировать кинетику развития усталостных трещин и вероятное предельное состояние сечений, в которых развиваются трещины.

Исследованию кинетики развития усталостных трещин, анализу долговечности посвящены работы C.B. Серенсена, В.В. Болотина, В.П. Кагаева, H.A. Махутова, В.Т. Трощенко, Е.М. Морозова, Д. Броека и др. Влияние ряда факторов эксплуатационного нагружения на процесс распространения усталостных трещин изучено в работах О. Уиллера, Д. Уилленборга, Элбера, А.Б. Злочевско-го, А.Н. Шувалова, JI.A. Бондаровича, О.В. Емельянова и др.

Анализ опубликованных исследований свидетельствует о том, что в настоящее время отсутствует уравнение для описания кинетики роста усталостных трещин при монотонном гармоническом нагружении справедливое в общем случае и имеющее под собой солидную физическую базу. Накопленные экспериментальные данные и теоретические модели роста трещин затрагивают в основном проблему влияния растягивающих перегрузок или снижения уровня циклической нагрузки на кинетику роста усталостных трещин и хорошо описывают кинетику развития трещин в исследованиях, в рамках которых они были получены.

Режим нагружения строительных металлических конструкций характеризуется наличием значительной статистической составляющей, обусловленной собственным весом конструкции и весом установленного оборудования. Поэтому, при циклическом воздействии в растянутых элементах металлоконструкций коэффициент асимметрии цикла нагружения изменяется в широких пределах от 0 до 0,8. Существующие модели развития трещины не учитывают влияние величины разгрузки после воздействия перегрузки растяжением на задержку в развитии трещины. Между тем имеющиеся ограниченные данные, в основном феноменологического характера, показывают, что при одинаковом уровне перегрузки растяжением увеличение величины разгрузки после воздействия перегрузки вызывает снижение эффекта торможения роста трещины.

Настоящая работа посвящена разработке методики расчета усталостной долговечности элементов металлических конструкций, учитывающей наличие в расчетном сечении исходных технологических дефектов сварки, а также влияние режима нагружения конструкции.

В работе приведены результаты экспериментального исследования напряженного состояния в окрестности вершины трещины и кинетики роста усталостных трещин при монотонном гармоническом нагружении при различных значениях коэффициента асимметрии цикла, а также после воздействия перегрузок растяжения при различных величинах разгрузки после воздействия перегрузки.

Полученные экспериментальные зависимости позволили разработать методику расчета кинетики развития усталостной трещины, учитывающей наличие в расчетном сечении трещиноподобных дефектов сварки, влияния коэффициента асимметрии цикла нагружения, воздействия растягивающих перегрузок и величины разгрузки после воздействия перегрузки.

Научную новизну работы составляют:

1) закономерности влияния пластических деформаций, протекающих в вершине трещины при однократном и циклическом нагружениях, на величины максимального коэффициента интенсивности напряжений Ктах и размаха КИН лк

2) закономерности формирования остаточных сжимающих напряжений в полуциклах разгрузки и феноменологическая модель роста усталостной трещины при монотонном гармоническом нагружении; методика определения эффективного номинального размаха коэффициента интенсивности напряжений при монотонном гармоническом нагружении;

-83) закономерности влияния перегрузки, величины разгрузки после воздействия перегрузки на перераспределение напряжений в окрестности вершины трещины и кинетику роста усталостных трещин; методика определения эффективного номинального размаха коэффициента интенсивности напряжений, учитывающая влияние величин перегрузки и разгрузки после воздействия перегрузки в пределах зоны задержки развития трещины;

4) для конструкций, воспринимающих циклические воздействия, методика расчета функций распределения долговечностей и надежности элементов сооружений, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических размеров определяет срок службы конструкции; определение функции надежности выполняется методом статистического моделирования с использованием многофункциональной модели кинетики усталостного роста трещины, учитывающей влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения, воздействия растягивающих перегрузок и величины разгрузки после воздействия перегрузки.

На защиту выносится:

1) закономерности влияния пластических деформаций, протекающих в вершине трещины при однократном и циклическом нагружениях, на величины максимального коэффициента интенсивности напряжений Ктах и размаха КИН ЛК\

2) закономерности формирования остаточных сжимающих напряжений в полуциклах разгрузки и феноменологическая модель роста усталостной трещины при монотонном гармоническом нагружении; методика определения эффективного номинального размаха коэффициента интенсивности напряжений при монотонном гармоническом нагружении;

3) закономерности влияния величин перегрузки и разгрузки после воздействия перегрузки на перераспределение напряжений в окрестности вершины трещины и кинетику роста усталостных трещин; методика определения эффективного номинального размаха коэффициента интенсивности напряжений, учитывающая влияние величин перегрузки и разгрузки после воздействия перегрузки в пределах зоны задержки развития трещины;

4) для конструкций, воспринимающих циклические воздействия, методика расчета распределения долговечностей (и функции надежности) элементов сооружений, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических размеров определяет срок службы конструкции; определение функции надежности выполняется методом статистического моделирования с использованием многофункциональной модели кинетики усталостного роста трещины, учитывающей влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения, воздействия растягивающих перегрузок и величины разгрузки после воздействия перегрузки.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Выявленные закономерности кинетики напряженно-деформированного состояния материала в окрестности вершины трещины при монотонном гармоническом нагружении позволили разработать феноменологическую модель роста усталостной трещины. С позиции взаимодействия остаточных напряжений, формирующихся в окрестности вершины трещины в процессе разгрузки, с напряжениями от внешней нагрузки объяснено влияние асимметрии цикла нагружения на рост усталостных трещин. Установлено, что для циклически стабильных сталей при толщине металлопроката до 30 мм отношение величины остаточных сжимающих напряжений, формирующихся в вершине трещины в полуциклах разгрузки, к размаху напряжений в указанной точке инвариантно к марке стали, толщине металлопроката, величине максимального коэффициента интенсивности напряжений и зависит только от величины коэффициента асимметрии цикла нагружения.

2. Изучены закономерности перераспределения напряжений в окрестности вершины трещины при воздействии интенсивных перегрузок и последующем переменном нагружении. Установлено, что растягивающие перегрузки приводят к формированию в указанной области стабильных сжимающих напряжений и значительному повышению ресурса на стадии роста трещины; для циклически стабильных сталей при толщине металлопроката до 30 мм зависимости относительной величины эффективного размаха коэффициента интенсивности напряжений II от уровня перегрузки {К°1тах-Кта^)18т при различных значениях коэффициентов асимметрии цикла перегрузки инвариантны к марке стали, толщине металлопроката. Чем больше уровень перегрузки, тем меньше относительная величина эффективного размаха коэффициента интенсивности напряжений.

-2003. При одинаковых величинах перегрузок растяжением уровень снижения образующихся в окрестности вершины трещины остаточных сжимающих напряжений существенно зависит от интенсивности развития циклических пластических деформаций, протекающих при разгрузке непосредственно после воздействия перегрузки, и возрастает с увеличением величины разгрузки. По мере снижения остаточных напряжений уменьшается обусловленный ими эффект торможения роста усталостной трещины. Установлены закономерности влияния величины разгрузки после воздействия перегрузки на эффективную величину номинального размаха коэффициента интенсивности напряжений.

4. На основании анализа результатов развития усталостных трещин после воздействия перегрузок при испытаниях лабораторных образцов установлены:

- три характерных участка в развитии трещины в пределах зоны задержки - на 1-ом участке (непосредственно после воздействия перегрузки), происходит замедление скорости роста трещины; на 2-ом участке трещина развивается с постоянной скоростью; на 3-ем участке развитие трещины ускоряется и в конце зоны влияния перегрузки ее скорость достигает скорости роста трещины при постоянной амплитуде нагружения в случае отсутствия перегрузки. Размеры участков замедления и ускорения усталостной трещины в пределах зоны перегрузки хорошо совпадают с размерами зон циклических пластических деформации;

- закономерности изменения фактических значений относительной величины эффективного размаха коэффициента интенсивности напряжений в пределах зоны задержки.

5. Разработанная математическая модель роста трещины, позволяет учитывать влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения, воздействие перегрузки растяжением, влияние величины разгрузки после воздействия перегрузки на изменение скорости роста трещины. Достоверность предложенной методики расчетной оценки влияния коэффициента асимметрии цикла нагружения, перегрузки растяжения, величины разгрузки после воздействия перегрузки на усталостную долговечность подтверждена проведением ресурсных испытаний образцов и обработкой результатов усталостных испытаний образцов и натурных узлов выполненных в других исследованиях. Применение предложенной методики при обработке экспериментальных данных позволило получить параметры сопротивления материала развитию трещины, не зависящие от параметров внешней нагрузки.

6. Для конструкций, воспринимающих циклические воздействия, разработана методика расчета функций распределения долговечностей и надежности элементов сооружений, в сечениях которых возможно наличие исходных технологических дефектов и макротрещин, период подрастания которых до критических размеров определяет срок службы конструкции; определение функции надежности выполняется методом статистического моделирования с использованием многофункциональной модели кинетики усталостного роста трещины, учитывающая влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения, воздействия растягивающих перегрузок и величины разгрузки после воздействия перегрузки.

1. Александров А. Я., Ахметзянов М. X. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. М.: Наука, 1973. - 576 с.

2. Аугустин Я., Шледзевский Е. Аварии стальных конструкций. М.: Стройиздат, 1978.-С. 69-71.

3. Бадаев A.C. Разрушение стальных конструкций. М.: НИИИноФорм-тяшмаш, 1972. - 42 с.

4. Беляев Б.И., Корниенко B.C. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения. М.: Стройиздат, 1950. - С. 144 - 153.

5. Бондарович Л. А. Влияние низких температур на ресурс сосудов давления: Дис. канд. техн. наук. -М., 1975. 194 с.

6. Броек Д. Основы механики разрушения. М.: 1980. - 68 с.

7. Васкевич А. А., Кузнецов А.П. Дефектоскопия и причины разрушения резервуаров // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. -М., 1970. -№12. С. 14-16.

8. Вейс В. Анализ разрушения в условиях концентрации напряжений // Разрушение. Мир, 1976. - Т. 3. - С. 263 - 302.

9. Воронцов В. К. Исследование напряженно-деформированного состояния металла при прокатке поляризационно-оптическим методом: Автореф. канд. техн. наук. М., 1963. - 20 с.

10. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984.428 с.-20312. ГОСТ 25.504 82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчетахарактеристик сопротивления усталости.

11. Гуревич С. Е., Едидович JI. Д. О скорости распространения трещины и пороговых значениях коэффициента интенсивности напряжений в процессе усталостного разрушения / Усталость и вязкость разрушения металлов. М.: Наука, 1974.-С. 36-38.

12. Гусенков А. П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979. - 295 с.

13. Гусенков А. П. Свойства диаграмм циклического деформирования при нормальных температурах / Сопротивление деформированию и разрушению при малом числе циклов нагружения. М.: Наука, 1967. - С. 36 - 38.

14. Данные отдела АС ЦНИИПСКа.

15. Дель Г. Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М.: Машиностроение, 1971. - 199 с.

16. Дмитриев Ф. Ф. Крушение инженерных сооружений. М.: Стройиз-дат, 1963.- 188 с.

17. Едидович JI. Д., Гуревич С. Е. Особенности роста усталостных трещин при перегрузках // Тезисы пленарных докладов на VII Всесоюзном совещании по усталости материалов. С. 31 - 33.

18. Емельянов О.В. Влияние сжимающих перегрузок на усталостную долговечность элементов металлоконструкций: Дис. канд. техн. наук. М., 1990. -181 с.

19. Еремин К. И. Ресурс фланцевых соединений при наличии трещинопо-добных дефектов сварки: Дис. канд. техн. наук. М., 1986. - 206 с.

20. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -541 с.

21. Злочевский А. Б. Долговечность элементов конструкций в связи с кинетикой усталостного разрушения: Дис. докт. техн. наук. М., 1985. 383 с.

22. Злочевский А. Б., Бондарович Л. А., Шувалов А. Н. Влияние интенсивной перегрузки на кинетику роста усталостной трещины // Физико-механическая механика материалов. 1979. - №6. - С. 43 - 47.

23. Иванова В. С., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия, 1975. - 455 с.

24. Исима Такаси. Причины аварий при хранении нефти в резервуарах на предприятиях компаний «Мицубиси сэкию» // Добоку сэко. 1975. - 16. -№9. -С. 93-94.

25. Карзов Г. П., Леонов В. П., Тимофеев Б. Г. Новый подход к оценке качества сварных соединений. Л.: ЛДНТП, 1978. - 26 с.

26. Карзов Г. П., Леонов В. П., Тимофеев Б. Г. Сварные сосуды высокого давления. Л.: Машиностроение, 1982. - 287 с.

27. Карзов Г. П., Розанов М. П., Тимофеев Б. Г. Влияние дефектов на малоцикловую усталость сосудов давления // Труды Всесоюзного симпозиума по вопросам малоцикловой усталости. Каунас. - 1971. - 156 с.

28. Кикин А. И., Васильев А. А., Кашутин Б. Н. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий. -М.: Стройиздат, 1984.-248 с.

29. Ковалев В. Г. О возможности использования линий скольжения для определения поля напряжений при вытяжке // Кузнечно-штамповочное производство. 1966. -№ 5. - С. 17-19.

30. Контроль качества сварки / Под ред. Волченко В.И. М.: Машиностроение, 1975. - 328 с.

31. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов. М.: Металлургия, 1990.-624 с.

32. Курихара М., Като А., Кавахара М. Анализ скоростей распространения усталостной трещины в широком диапазоне значений коэффициента асимIметрии цикла // Теоретические основы инженерных расчетов. 1986. - №2. -С. 133-141.

33. Лащенко М. Н. Аварии металлических конструкций зданий и сооружений. Л.: Стройиздат, 1969. - С. 82 - 86.

34. Лэкнфорд, Дэвидсон. Пластичность у вершины усталостной трещины при перегрузках и последующим циклическом нагружении / Теоретические основы инженерных расчетов. Труды А.О.И.М. - 1976. - №1. - С. 15-23.

35. Мельников Н. П. Металлические конструкции / Современное состояние и перспективы развития. М.: Стройиздат, 1983. - 541 с.

36. Методика определения динамических усилий и напряжений в элементах платформы от действия волны в сочетании с течением и ветром. М.: ЦНИИПСК им. Мельникова, 1986. -№18.

37. Микляев П. Г., Нешпор Г. С., Кудряшов В. Г. Кинетика разрушений. -М.: Металлургия, 1979. 279 с.

38. Михайлов П. И., Волков А. Г. Исследование на выносливость сварных газгольдеров. М., БНИ ЦАГИ, 1964. - 16 с.

39. Морозов Е. М., Никишков Г. П. Метод конечных элементов в механи-206ке разрушения. М.: Наука, 1980. - С. 254 - 256.

40. Николаев Г.А., Куккин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций. М.: Высшая школа, 1982. - 272 с.

41. Нормы американского общества инженеров- механиков для котлов и сосудов давления. ЦНИИАТОМИНФОРМ., Вып. 4, разд. 3, М.: 1962.1. С. 97-113.

42. Разработать предложения по использованию энергетических критериев механики разрушения при расчете на хрупкую прочность сварных соединений строительных сталей: Отчет о НИР / МИСИ. М., 1987. - 62 с.

43. Постнов В. А., Кельман Б. Е., Черенков Н. И. Применениеи МКЭ для анализа напряженного состояния конструкций при циклических нагружениях в упругопластической области: Сб. НТО Судостроительной промышленности. -вып. 184.- 1972.-С. 21 -34.

44. Постнов В. А., Хархурим И. Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. Л.: Судостроение, 1974. - 343 с.

45. Пригоровский Н. И. Методы исследования напряжений. М.: 1976.130 с.

46. Пробст Е. Р., Хиллберри В. М. Задержка и остановка усталостной трещины под действием одиночных пиковых растягивающих перегрузок // Ракетная техника и космонавтика журнал американского института аэронавтики и космонавтики, 1974. -№3. - С. 95 - 102.

47. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / Под ред. Труфякова В. И. Киев, Наукова думка, 1990. - 256 с.

48. Ренне И. П., Юдин Л. Г. О точности значений локальных деформаций при использовании делительной сетки с малой базой // Заводская лаборатория. 1967. -№ 1. - С. 96-97.

49. Ромвари Л., Тот Л., Надь Д. Анализ закономерностей распространения усталостных трещин в металлах // Проблемы прочности. 1980. -№12.1. С. 18-28.

50. Сапунов H. Е. Никишина А. Г. Пожаро и взрывобезопасность складов и баз сжиженных углеводистых газов. - М.: ЦНИИГЭНефтеХим, 1975. -58 с.

51. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.-392 с.

52. Серенсен C.B., Шнейдерович Р.М. Критерий несущей способности деталей при малом числе циклов нагружения. Машиноведение, 1965. - №2.1. С. 70-78.

53. Такаси Навору. Разрушение нефтяных резервуаров. -Киндзоку, 1975. -Т. 45.-№4.-С. 52-53.

54. Теокарис П. Муаровые полосы при исследовании деформаций. М.: Мир, 1972.-335 с.

55. Влияние температуры и асимметрии нагружения на циклическую трещиностойкость стали 15Х2НМФА/ Трощенко В. Т., Ясний П. В., Покровский В. В., Попов А. А. Проблемы прочности, 1981. -№10. - С. 3 -7.

56. Фалькевич А. С., Анучкин М. П. Прочность и ремонт стальных резервуаров и трубопроводов. М., Гостехиздат, 1955. - 148 с.

57. Шапкин В. С. Расчетно-экспериментальная оценка длительности развития усталостных трещин в тонкостенных элементах авиаконструкций при нерегулярном нагружении: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1989. 29 с.

58. Шаханов С. Б. Дефекты сварных соединений и методы их устранения. -Л.: 1980.-80 с.

59. Шкинев А. Н. Аварии в строительстве. М.: Стройиздат, 1984.320 с.

60. Шнейдерович Р. М., Левин О. А. Измерение полей пластических деформаций методом Муара. М.: Машиностроение, 1972. - 152 с.

61. Alzos W. X. Skat А. С., Jr., and Hillbery В. М. Effect of Single Overload / Underload Cycles on Fatigue Crack Propagation. Fatigue Crack Growth Under Spectrum Loads. // ASTM STP 595, 1976. - P. 41 - 60.

62. Bathias C. and Vancon M. Mechanisms of overload effect on fatigue crack propagation in aluminium alloys. // Eng. Fract. Mech., 1978. v. 10. - PP. 409 - 424.

63. Bauplanung Bautechnik, 1989. - №4. - P. 181 - 187.

64. Bernard P. J. Mechanosme of overload Retardation During Fatigue Crack propagatin. In: Fatigue Crack Growth Under Spectrum Loads. // ASTM, Special Technical Publication 595, 1976. - P. 78 - 97.

65. Boutle N. F., Dover W. D. Crack closure during fatigue crack growth for two thick nesses of material. Add. Res. Strength and Fract. Mater., // Inf. Conf. Fract., Waterloo, 1977. - v. 2b, New York, 197. - P. 1065 - 1071.

66. Brown R. D., Weertman J. Effects of tensile overloads on crack closure and crack propagation rates in 7050 aluminium. // Eng. Fract. Mech., 1978. v. 10. - №4. - P. 867 - 878.

67. Brown R.D., Weertman J. Mean stress effects on crack propagation rate and crack closure in 7050-T76 aluminum alloy. // Eng. Fract. Mech., 1978. v. 10 -№4.-P. 757-771.

68. Byrdekin F. M., Dawes M. G., Widgery D. I. Properties and requirements for weld metal in relation to failure by brittle fracture. // IIW. Document X-506-69. -56 p.

69. Chanani G. R., Mays B. J. Observation of crack closure behavior after single overload cycles in 7075-T6 single - edge - notched specimens. // Eng. Fract. Mech., 1977.-v. 9.-№l.-P. 65-73.

70. Chang I. В., Sramossi M., Liu K. W. Random spectrum fatigue crack life predictions with or without considering load interaction. // ASTM STP 748.-20980. Christensen R. H. Fatigue cracking, fatigue damage and their detection. //1. New York, 1959.

71. Clarke C. K., Cassat G. C. A study of fatigue crack closure using electric potential and commpiance techniques. // Eng. Fract. Mech., 1977. -№3.1. P. 675 688.

72. Corbly D. M., Packman P. F. On the influence of single and multiple peek overloads on fatigue crack propagation in 7075 T6511 aluminium. // Eng. Fract. Mech, 1973. v.5. - P. 479-497.

73. Crandall G. M, Hillberry B. M. Effect of stress level on fatigue crack delay behavior. // End. Fract. Mech, 1977. v. 2. - part IV. - P. 7.

74. Drew M. W, Thompson K. R. L The effect of overload cycles on fatigue crack propagation in two structural steels. // End. Fract. Mech, 1988. v. 30. -№5. -P. 579-593.

75. Egan L. R, Burdekin F. M. Tests according to destruction mechanics requirements. // Confidential Welding Inst. Report, L.D. 2369, 1968.

76. Elber W. The significance of fatigue crack closure. // ASTM, Special Technical Publication № 486, 1971. P. 230 - 242.

77. Engle R. M, Rudd I. L. Spectrum crack growth analysis using the Willenborg model. // J. Aircraft, 1976. v. 13. - №7. - P. 462 - 466.

78. Forman R. G, Kearney V. E. and Engle R. M. Numerical analysis of crack propagation in a ciclic-loaded structure. // ASME Trans. J. Basic End, 89D-1967. -P. 459-464.

79. Gallagher J. P. A generalized development of yield zone models. // AFFDL TM - FBR. Air Force Flight Dynamics Laboratory, Jan, 1971.

80. Gerber T. L. and Fuchs H. O. Improvements in the Fatigue Strength of Notehed Bars by compressive Self-Stresses. // ASTM, Special Technical Publication №467, 1970.-P. 615-631.

81. Glinka G. Teoretyczna i ekspetycmentalna analiza wsrostu szlinzmeczen-iowych w obtcnosci spawalniczych naprezen wlasnych. Mechanica Teoretyczna i-210

82. Stasowana. 1979.-v. 4, №17.- P. 479-495.

83. Gray T. D., Gallagher J. P. Predicting fatigue crack retardation following a single overload using a modified Wheeler model. // ASTM STP 590, 1976.1. P. 331 -344.

84. Hahn G. T. and Rosenfield A .R. Plastic in the locate on notches and cracks in Fe-3Si steel under conditions approaching plane strain. // Rept. To Ship structure Committee, 1968.

85. Irvin G. R. Analysis of stress and strains near the end of a crack traversing a plate. // Trans. ASME, 1957. v. 24. - №3. - P. 361 - 364.tVi

86. Irvin G. R. Plastic zone near a crack and fracture toughness. // Proc. 7 Sagamore Conf., 1960. P. IV - 63.

87. James L. A., Anderson W. E. A simple experimental procedure for stress intensity factor calibration. // End. Fract. Mech., 1969. v. 1. - P. 565 - 568.

88. Jones R. E. Fatigue crack growth retardation after single cycle peak overload in Ti-6Al-4v titanium alloy. // Eng. Fract. Mech., 1973. - v. 5, Sept.1. P. 585-604.

89. Johnson W.S. Multi-parameter yield zone model for predicting spectrum crack growth. ASTM STP 748, 1981, P. 85 102.

90. Kang K. J., Song J. H., Earmme Y. Y. Fatigue crack growth and closure behaviour through a compressive residual stress field. // Fat. Fract. Eng. Mater. Struct., 1990. v. 13. -№1. - P. 1-13.

91. Kihara H, Oba H., Susei S. Precautions for atoidance of fracture of pressure vessels. // Trans. Institution Mechanics Engineers, 1971. v. c. 52/71.1. P. 183- 189.

92. Kumar R., Garg S. B. L. Effect of prestrain on material and single tensile overload cycles on crack closure. // Eng. Fract. Mech., 1989. v. 32. - №5.1. P. 833-843.

93. Matsuoka S. and Tanaka K. Influence of stress ratio at baseline loading on delayed retardation phenomena of fatigue crack growth in A553 steel and A5083 aluminium alloy.//End. Fract. Mech., 1979.-v. 11. P. 703 - 715.

94. Matsuoka S., Tanaka K., Kawahara M. The retardation phenomenon of fatigue crack growth in HT80 steel. // Eng. Fract. Mech., 1976. v. 8. - P. 507 - 523.

95. McMillan J. C. and Pelloux P. M. Fatigue crack propagation under program and random loads. // ASTM Special Technical Publication, №415, 1967. -P. 505-535.

96. McMillan J. C., Illg W. Rate of crack propagation in two aluminum alloys.//NASA-TN-4396, NASA, 1958.

97. McMillan J.C., Pelloux P.M.N. Fatigue crack propagation under programmed loads and crack tip opening displaycements. // Eng. Fract. Mech., 1970. -v. 2. -№ 1. P. 81 - 84.

98. Millst W. I. and Hertzberger R. W. The Effect of steel thickness on Fatigue crack retardation on 2024 T3 Aluminium alloy. // Eng. Fract. Mech., 1975. -v. 7.-P. 705-711.

99. Musuva J. K., Radon J. C. The effect of stress ratio and frequency on fatigue crack growth. // Fat. Eng. Mater. Struct., 1979. v. 1. - P. 457 - 470.

100. Nelson D. V. Effects of residual stress on fatigue crack propagation. // ASTM STP776, 1982.-P. 172-194.

101. New Civil Engineer, 1988. №817. - P. 5 - 6.

102. Ogura K., Ohji K. FEM analysis of crack closure and delay effect in fatigue crack growth under variable amplitude loading. // End. Fract. Mech., 1977. -v. 9.-№2.-P. 471 -480.

103. Ohio bridge girder cracks. // Eng. News Rec., 1984. - 213. - №7.1. P. 12.-212115. Ohta A., Kosuge M. and Sasaki E. Fatigue crack closure over the range ofstress ratios from 1 to 0 8 down to stress intensity threshold level in HT80 steel and

104. SUS304 stainless steel.//Int. J. Fract., 1978.-v. 14.-№3.-P. 251 -264.

105. Ohta A., Sasaki E. Influence of stress ratio on threshold level for fatigue crack propagation in high strength steel. // Eng. Fract. Mech., 1977. v. 9. - №2. -P. 307-315.

106. Petrak G. J., Gallagher J. P. Predictions of the Effect of Yield Strength on Fatigue Crack Growth Retardation in HP-9Ni-4Co-30C Steel. // Transactions of the ASME, Journal of Engineering Materials and Technology, 1975 v. 97. -№3.1. P. 206-213.

107. Pippan R. The sensitivity to measure crack closure with strain gauges near the crack tip. // Eng. Fract. Mech., 1988. v. 31. - №5. - P. 867 - 871.

108. Radhakrishnan V. M., Baburamani P.S. Initiation and propagation of fati-gye crack in pre-strained material. // Int. J. of Fract., 1976. v. 12. - №3.1. P. 369-380.

109. Roberts R., Erdogan F. The effect of mean stress on fatigue crack propagation in under extension and bending. // Trans. ASMESD, 1967. v. 6.1. P. 885 892.

110. Robin C., Lonan M., Pluvinage G. Influence of an overload on the fatigue crack growth in steels. // Fat. of Eng. Mat. Struct., 1983. v. 6. -№1. - P. 1-13.

111. Rules for the Design Construction and Inspection of offshore structures. Appendix C. Steel Structures. Det Nirske Veritas. Reprint with Correction, 1979. -v. 1. P. 267 - 270.

112. Russell S. G. A new model for fatigue crack growth retardation following an overload. // Eng. Fract. Mech., 1989. v. 33. - №6. - P. 839 - 854.

113. Schijve J. Fatigue crack closure: observation and technical signification. Mech. Fatigue Crack Closure. // ASTM STP 982, Philadelphia, ASTM, 1982. -pp. 82- 138.

114. Schijve J. Fatigue damage accumulation and incompatiblecrack front orientation. // Eng. Fract. Mech., 1974. v. 6. - P. 245 - 252.

115. Schijve J. The effect of pre-strain on fatigue crack growth and crack closure. // Eng. Fract. Mech., 1976. v. 8. -№4. - P. 575 - 581.

116. Shaw M. J. D., Le May I. Crack closure during fatigue crack propagation. // ASTM STP 667. P. 233 - 246.

117. Shih T. T., Wei R. P. A study of crack closure in fatigue. // Eng. Fract. Mech., 1974.-v. 6.-P. 19-32.

118. Shih T. T., Wei R. P. Effect of specimen thickness on delay in fatigue crack growth. // J. Test, and Eval., 1975. v. 3. - №1. - P. 46 - 47.

119. Staal H. U. and Elen J. D. Crack closure and influence of cycle ratio R on fatigue crack growth in type 304 stainless steel at room temperature. // End. Fract. Mech., 1979.-v. 11.-№2.-P. 273-283.

120. Su X., Sharpe W. N. The effect of location on closure measurements after overloads. // Eng. Fract. Mech., 1989. v. 34. - №5/6. - P. 1249 - 1253.

121. Sullivan A. M., Crooker T. W. Analysis of Fatigue-Crack Growth in a High-Strength Steel Part 1: Stress Level and Stress Effects at Constant Amplitude. // Trans. ASME, J. Press. Vess. Tech., 1976. - v. 98. - P. 179 - 184.

122. Tuba I. S. A method of elastic-plastic stress and strain distribution around sharp notches under repeated shear. // J. Strain Analysis, 1966. №1.1. P. 115-122.

123. Walker E. K. The effect of stress ratio during crack propagation and fatigue for 2024-T3 and 7075-T6 aluminium. // ASTM STP 462, 1970. P. 1 - 14.

124. Wei R. P. and Shih T. T. Delay in fatigue crack growth. // International Journal of Fracture, 1974. v. 10. - №1. - P. 77 - 85.

125. Wheeler 0. E. Spectrum loading and crack growth. // Journal of Basic Engineering, Trans, ASME, 1972. March. - P. 181 - 186.

126. Willenborg J., Engle R. M., Wood M. A crack growth retardation model using an effective stress concept. // AFFDL TM 71 - 1 - FBR, Jan., 1971.

127. Willenborg J., Engle R. M., Wessel E. T., Clark W.G. Extensive study oflow fatigue crack growth rates. // ASTM STP 513, 1972. P. 141 - 170.

128. Willian N., Sharpe J. The interferometric straine gage. // Experimental Mechanics, 1968, April.

129. Zahoor A. Closed form expressions for fracture mechanics analysis of cracked pipes. // Trans, of the ASME, J. of Pressure Vessel Technology, 1985. -May. v. 107. -№2.-P. 203-205.1. СПРАВКА О ВНЕДРЕНИИ

130. Предварительный экономический эффект составил 500 тыс. руб. в год1. УТВЕРЖДАЮ»---I6. » £>2 2003 г.1. Актна внедрение методики оценки усталостной долговечности элементовметаллоконструкций