4.16 Контрольные вопросы по теме «Механика разрушения»

1. В чем заключается особенность объектов, рассматриваемых механикой разрушения, по отношению к традиционным подходам к оценке прочности? Чем опасно хрупкое разрушение? (4 балла)

2. Какие специфические проблемы оценки прочности и надежности решаются механикой разрушения? Охарактеризуйте значимость каждой из них.

(4 балла)

3. Каким образом проявляется нарушение статико-геометрического подобия в конструкциях с трещиноподобными дефектами? (4 балла)

4. Какие механизмы разрушения могут реализовываться при распространении трещин? Каковы признаки и условия реализации каждого из них?

(4 балла)

5. Охарактеризуйте механизм хрупкого разрушения (сколом) и условия его реализации. (4 балла)

6. Охарактеризуйте механизм вязкого разрушения трещиной и условия его реализации. (4 балла)

7. Назовите основные типы трещин, рассматриваемые в механике разрушения. В каких элементах конструкций и при каких нагрузках может реализоваться каждый из этих типов? Их комбинации? (5 баллов)

8. В чем заключаются ограничения на использование решения задачи о рас пределении напряжений у вершины трещины с помощью функции Эри?

(3 балла)

9. С какой целью вводится параметр K_I (коэффициент интенсивности напряжений)? Какие характеристики расчетной схемы объекта он отражает?

(3 балла)

10. Какими параметрами определяется коэффициент интенсивности напряжений? (3 балла)

11. Как изменится коэффициент интенсивности напряжений при изменении длины трещины? Нагрузки? Размеров элемента конструкции? Материала?

(3 балла)

12. В чем заключается суть силового подхода к оценке трещиностойкости элементов конструкций? (3 балла)

13. В чем заключается условность I (приближенной) оценки размеров зоны пластической деформации в вершине трещины? Какую поправку вносит II (уточненная) оценка? Какие соображения при этом используются?

(4 балла)

14. Какие параметры и каким образом влияют на размер зоны пластической деформации в вершине трещины? (3 балла)

15. Какое условие и в какой форме используется для уточнения размера зоны пластической деформации в вершине трещины (согласно II оценке)? Назовите используемые при этом допущения. (4 балла)

16. С какой целью вводится параметр эффективной длины трещины? Насколько отличаются эффективная и физическая длина трещины? Сравните оценки напряженного состояния, выполненные с использованием того и другого параметра длины. Как будут отличаться соответствующие оценки трещиностойкости? (5 баллов)

17. Покажите, что поправка Ирвина на пластичность обеспечивает более консервативные оценки трещиностойкости и напряженного состояния у вершины трещины. (4 балла)

18. Насколько отличаются размеры зоны пластической деформации в вершине трещины при плоском напряженном и плоском деформированном состояниях? С чем это связано и каким путем отражается при расчетной оценке? (4 балла)

19. Поясните содержание и использование параметра  (коэффициента ограничения на пластичность). (3 балла)

20. Насколько отличаются поправки Ирвина на пластичность при плоском напряженном и плоском деформированном состояниях? Почему? Как отношение этих величин соотносится с отношением характерных размеров зоны пластической деформации при ПНС и ПДС? (4 балла)

21. Поясните, в чем заключается взаимное влияние вида напряженного состояния у вершины трещины и величины зоны пластической деформации.

(3 балла)

22. Пластины с каким типом напряженного состояния в области вершины трещины обладают наибольшей несущей способностью по нагрузке? по напряжению? Почему? (3 балла)

23. В чем заключается эффект туннелирования трещины? Какими факторами он определяется и как обнаруживается экспериментально? (3 балла)

24. Возможно ли определение напряжений в зоне пластической деформации после замены физической длины трещины на эффективную? С какой целью вводится параметр эффективной длины? (4 балла)

25. В какой параметр и с какой целью вводится поправка Ирвина на пластичность? (3 балла)

26. Какое состояние – плоское напряженное или плоское деформированное – более опасно с точки зрения трещиностойкости конструкции? Почему?

(3 балла)

27. Каким критериям должны отвечать результаты корректных испытаний на вязкость разрушения? Какие условия обеспечиваются выполнением всех предъявляемых к испытанию требований? (4 балла)

28. По каким соображениям вязкость разрушения определяют в условиях плоского деформированного состояния?

(3 балла)

29. Изложите порядок экспериментального определения вязкости разрушения материала. (5 баллов)

3 0. Поясните, как определяется расчетная разрушающая нагрузка в каждом из трех случаев.

(3 балла)

31. В чем заключается различие двух параметров – критического коэффициента интенсивности напряжений и коэффициента интенсивности напряжений? (2 балла)

32. Какие величины и в каких случаях обозначаются K_Iс , K_1с , K_IQ; в чем их отличие друг от друга? (3 балла)

33. В чем заключатся различие двух характеристик трещиностойкости – вязкости разрушения K_Iс и критического коэффициента интенсивности напряжений K_1с ? (2 балла)

35. Назовите участки, зафиксированные на диаграмме «нагрузка – раскрытие в вершине трещины», и охарактеризуйте поведение трещины на каждом из них. С чем связана нелинейность кривой на каждом участке? (4 балла)

3 4. Поставьте знак отношения («>», «<») между характеристиками трещиностойкости K_Iс – вязкостью разрушения и K_1с – критическим коэффициентом интенсивности напряжений. Поясните свой выбор. (2 балла)

36. Можно ли при оценке трещиностойкости вместо вязкости разрушения K_Iс использовать критическое значение коэффициента интенсивности напряжений K_1с и наоборот? Оцените ошибку («в запас», «не в запас»), вызванную такой заменой при различных сочетаниях. (4 балла)

37. При испытании на вязкость разрушения двух одинаковых образцов, отличающихся лишь длиной трещины , были получены одинаковые значения критического коэффициента интенсивности напряжений. Какая экспериментально фиксируемая величина и насколько была различной в этих двух опытах? (4 балла)

38. С какой целью вводятся неоднопараметрические критерии разрушения? Приведите пример такого критерия. (3 балла)

39. Как выглядит двухпараметрический критерий Е.М.Морозова, какие механизмы разрушения им отражаются, и в каких условиях этот критерий может быть использован? (4 балла)

40. Какими факторами определяется величина предельного коэффициента интенсивности напряжений в соответствии с двухпараметрическим критерием Е.М. Морозова? (4 балла)

41. Определите понятие предела трещиностойкости, вытекающее из двухпараметрического критерия Е.М. Морозова? (4 балла)

42. Каков смысл термина «короткая трещина»? Охарактеризуйте проблему «коротких» трещин. Каким путем она решается в механике разрушения?

(4 балла)

43. Определите понятие J–интеграла. В каких условиях целесообразно применение этого параметра? (3 балла)

44. В чем состоит инвариантность J–интеграла? При каких условиях это свойство строго соблюдается? Как оно применяется на практике? (4 балла)

45. Возможно ли определение J–интеграла экспериментальным путем? Если да, то опишите порядок действий. (4 балла)

46. Критические значения контурного J–интеграла, отвечающие пяти различным испытаниям, вычислены по контурам Г₁…Г₅. Оказалось, что

J_с1 > J_c5 > J_c4 > J_c3 > J_c2.

Какой вывод можно сделать о сравнительной трещиностойкости соответствующих объектов? Почему? (5 баллов)

47. Какие критерии могут быть использованы для оценки трещиностойкости элементов конструкций в рамках нелинейной механики разрушения? Каковы границы области их применимости? (4 балла)

48. Поясните суть и сформулируйте энергетический подход к оценке трещиностойкости элементов конструкций.

(4 балла)

49. Поясните понятие «интенсивность выделения упругой энергии». Возможно ли экспериментальное определение этой величины? Если да, то опишите порядок и суть необходимых действий. (5 баллов)

50. В чем заключается подход Гриффитса к оценке трещиностойкости мате риала? Его достоинства и недостатки, область применимости?

(4 балла)

51. Определите понятие R–кривой. Покажите вид R–кривой при плоском деформированном и плоском напряженном состояниях. Какими факторами он определяется? (4 балла)

52. Поясните порядок использования R–кривой для получения критических значений параметров, определяющих расчетную схему объекта. (4 балла)

53. Поясните порядок использования R–кривой для построения диаграммы докритического разрушения. (3 балла)

54. Покажите связь R–кривой с диаграммой докритического разрушения.

(4 балла)

55. Как называются, что обозначают и чем отличаются характеристики ? (3 балла)

56. В чем заключается допущение об инвариантности R–кривой? С какой целью оно принимается? (3 балла)

57. Поясните порядок получения R–кривой экспериментальным путем.

(4 балла)

58. В чем заключается явление хлопка? Каким образом оно отражается при математическом описании роста трещины в рамках энергетического подхода? (4 балла)

59. Можно ли повысить трещиностойкость полосы с центральной трещиной, уменьшив длину трещины? Увеличив ее? Понизить трещиностойкость этими же способами? (5 баллов)

60. Возможно ли повышение трещиностойкости пластины с системой последовательно расположенных вдоль горизонтальной оси трещин при их подрастании? Если да, то поясните, почему это происходит. (5 баллов)

61. Как выглядит зависимость критической величины интенсивности выделения упругой энергии от длины трещины в тонких пластинах – бесконечной и конечных размеров? Чем определяется вид каждой из них? (4 балла)

62. Пользуясь R–кривой, отвечающей произвольной тонкостенной конструкции, в которой поле напряжений в вершине трещины не взаимодействует с границами объекта, приведите схему определения критического значения интенсивности выделения упругой энергии для трещины длиной при номинальном напряжении ₁. Проиллюстрируйте определение параметров для той же системы при напряжении .

(5 баллов)

63. Определите понятие «критическое раскрытие в вершине трещины» и –критерия. В чем состоит деформационный подход к оценке трещиностойкости элементов конструкций? (3 балла)

64.  В чем заключается суть деформационного подхода к оценке трещиностойкости? В каких условиях целесообразно его применение? Имеет ли он преимущества перед другими подходами? Какие? (4 балла)

65. Опишите порядок экспериментального определения величины текущего и критического раскрытия в вершине трещины. (3 балла)

66. В чем состоит эквивалентность трех подходов к оценке трещиностойкости элементов конструкций? При каких условиях она правомерна? (3 балла)

67. Какие параметры используются при оценке трещиностойкости с помощью деформационного подхода? Поясните их содержание и смысл.

(4 балла)

68. Приведите модель и опишите стадии роста усталостной трещины (4 балла)

69. Проанализируйте корректность применения формулы Пэриса

для расчета долговечности на этапе живучести для дефекта, увеличивающегося от начального до критического размера, при программах нагружения с положительным, отрицательном и нулевым значениями коэффициента асимметрии цикла напряжений.

(5 баллов)

71. Покажите график изменения коэффициента интенсивности напряжений со временем, отвечающий заданной программе изменения номинального напряжения. Чем определяется вид зависимости K_I (t)? (4 балла)

7 0. Для программ циклического нагружения с постоянными во времени амплитудой номинального напряжения и значениями коэффициента асимметрии R_, равными 0,5; 0; –1; – , покажите графики изменения коэффициента интенсивности напряжений со временем. (5 баллов)

72. Оцените корректность применения формулы Пэриса для расчета долговечности элемента конструкции с заданной

программой изменения номинального напряжения. Если использование некорректно, оцените характер ожидаемой ошибки (в запас, не в запас прочности). (4 балла)

73. Оцените корректность применения формулы Пэриса

к программам циклического нагружения с постоянными во времени амплитудой номинального напряжения и значениями коэффициента асимметрии цикла напряжений R_, равными 0; –1; – ; 0,5. Если использование некорректно, оцените характер ожидаемой ошибки (в запас, не в запас прочности). (5 баллов)

74. Какие параметры должны присутствовать в зависимостях типа формулы Пэриса, чтобы их применение было корректно для произвольного цикла механической нагрузки? Приведите примеры таких зависимостей.

(3 балла)

75. В чем особенность распространения трещин при воздействии агрессивной среды? Приведите примеры конструкций, работающих в подобных условиях. (3 балла)

76. Изложите порядок получения зависимости времени пребывания элемента конструкции с трещиной в агрессивной среде до разрушения от величины приложенного напряжения. (4 балла)

77. Поясните смысл понятия «пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений коррозионного растрескивания под напряжением».

(3 балла)

78. Покажите зависимость, позволяющую выделить зоны разрушения различного типа (назовите их), и охарактеризуйте соответствующие виды разрушения (4 балла)

79. Охарактеризуйте условия реализации, признаки, а также сам процесс хрупкого разрушения материала. Какие характеристики могут быть использованы для расчетной оценки трещиностойкости в этой зоне? (4 балла)

80. Охарактеризуйте условия реализации, признаки, а также сам процесс квазихрупкого разрушения материала. Какие характеристики могут быть использованы для расчетной оценки трещиностойкости в этой зоне? (4 балла)

81. Охарактеризуйте условия реализации, признаки, а также сам процесс вязкого разрушения материала. Какие характеристики могут быть использованы для расчетной оценки трещиностойкости в этой зоне? (4 балла)

82. Поясните понятие «критическая температура хрупкости». Сколько таких температур существует и каким образом определяются эти характеристики? (4 балла)

83. Совпадают ли критические температуры хрупкости материала и конструкции? Если нет, то какими факторами определяются их различия? (4 балла)

84. Как повлияет на надежность конструкции с точки зрения вероятности хрупкого разрушения термическая обработка, в результате которой первая критическая температура хрупкости повысилась на 40, а вторая – на 60С? Почему? (4 балла)

85. Перечислите в порядке снижения надежности по критерию хрупкого разрушения технологические режимы упрочнения ответственного элемента бурового оборудования, эксплуатирующегося в условиях Восточной Сибири, в результате которых:

1) первая критическая температура хрупкости повысилась на 30, а вторая – на 50С;

2) первая критическая температура хрупкости повысилась на 50, а вторая – на 30С;

3) первая и вторая критические температуры хрупкости повысились на 50С;

4) первая и вторая критические температуры хрупкости понизились на 30С.

(5 баллов)

86. Изложите порядок расчетного определения номинального критического напряжения в условиях хрупкого и квазихрупкого разрушения. (4 балла)

87. Назовите виды коэффициентов запаса прочности, используемых при расчетной оценке сопротивления хрупкому разрушению. Какими факторами определяются величины нормативных коэффициентов запаса? (4 балла)

88. Какая конструкция считается надежной? (3 балла)

89. Что понимается под наименьшей допустимой остаточной прочностью?

(3 балла)

90. Перечислите возможные методы обеспечения надежности элементов конструкций с трещинами. На каких этапах развития трещины целесообразно применение каждого из них? (6 баллов)

91. Сопоставьте эффективность обеспечения надежности путем применения материала с повышенными механическими характеристиками и совершенствования методов дефектоскопии. (4 балла)

92. Охарактеризуйте роль и эффективность организационных мероприятий (совершенствование методов дефектоскопии, межосмотровые интервалы) в обеспечении надежности конструкций с трещинами. (4 балла)

93. За счет чего достигается повышение надежности конструкций с трещинами при передаче нагрузки системой параллельных элементов? (3 балла)

94. Каким образом достигается повышение надежности конструкций с трещинами при проведении контрольных испытаний? (4 балла)

95. Каким образом достигается повышение надежности конструкций с трещинами путем зачистки поверхности? В каких условиях применим этот метод? Какие дополнительные мероприятия целесообразно проводить в комплексе с ним? (4 балла)

96. Охарактеризуйте роль межосмотровых интервалов в обеспечении надежности конструкций с трещинами. Изложите порядок назначения их количества и периодичности. (4 балла)

97. Перечислите и поясните суть конструктивных мероприятий, повышающих трещиностойкость отдельных деталей и изделий. (5 баллов)

98. Перечислите и поясните суть конструктивных мероприятий, основанных на изменении энергетического баланса конструкций с трещинами в виде R > G. (4 балла)

99. Перечислите и поясните суть конструктивных мероприятий, основанных на изменении энергетического баланса конструкций с трещинами в виде G < R. (4 балла)

100. Предложите и обоснуйте применение мероприятий, повышающих ресурс перекрытия железнодорожного моста на начальном, промежуточном и заключительном этапах развития усталостной трещины в полке одной из несущих балок. (5 баллов)

101. Учитывая вероятность существования необнаруживаемых доступными методами дефектоскопии поверхностных и внутренних трещин, предложите и обоснуйте применение мероприятий, повышающих надежность корпуса химического реактора, изготовленного из жаростойкой высопрочной малопластичной стали. (5 баллов)

102. Может ли считаться надежной конструкция, видимая длина стабильной трещины в которой во время очередного осмотра оказалась равной 8 мм? 15 см? 1,2 м? (3 балла)

Порядок печати

№ листа	№№ страниц	№№ страниц
1	48, 1	2, 47
2	46, 3	4, 45
3	44, 5	6, 43
4	42, 7	8, 41
5	40, 9	10, 39
6	38, 11	12, 37
7	36, 13	14, 35
8	34, 15	16, 33
9	32, 17	18, 31
10	30, 19	20, 29
11	28, 21	22, 27
12	26, 23	24, 25

Из 2500 кораблей типа «Либерти», построенных во время второй мировой войны в США, 145 разломились пополам и почти 700 претерпели серьезные разрушения.

A.B. Moskalenko, A.I. Kozhevnikov. Estimation of gas turbine blades cooling efficiency

301