Предельное состояние конструкций и соединений в некоторых случаях определяется предельным значением работы разрушения. При оценке работы разрушения большое значение придавали удар­ной вязкости металла аН1 определяемой на образцах с надрезом Шарпи или Менаже на копрах. Величину ан необоснованно расце­нивали как характеристику не только сопротивляемости ударным нагрузкам при наличии концентраторов, но и сопротивляемости хрупким разрушениям при статических нагружениях. Ударная вяз­кость надрезанных образцов действительно является одной из суще­ственных характеристик сопротивляемости металла разрушению, однако не единственной и во многих случаях не главной.

Одной из причин такого не оправдавшего себя подхода являлось объединение в одном показателе по существу двух различных факторов. Работа разрушения слагается из двух составляющих: работы зарождения трещины а3 и работы при ее распространении ар.

Сопротивляемость зарождению трещин, а следовательно, и ра­бота а3 зависят от наличия макро - и микроконцентраторов на поверх-

ности или в теле металла вследствие неоднородности структуры, макро - и микротрещин. Прогнозировать образование начала тре­щин очень трудно. В некоторых случаях ее возникновение является следствием случайных обстоятельств. Иногда зарождение трещин вызывается работой незначительной величины.

Вопросу распространения трещин и определению работы ар посвящено большое количество исследований. Скорость распростра­нения трещин зависит не только от свойств материала, его струк­туры, металлургической и термообработки, но и от потенциальной энергии, накопленной в конструкции.

Характерным примером сварной конструкции, для которой тре­буется определение несущей способности из условия распростране­ния трещины, являются магистральные трубопроводы. Высокий уровень потенциальной энергии внутренних сил возникает за счет давления - заключенных в трубопроводах жидкостей и газов. По­следний род потенциальной энергии имеет величину, пропорциональ­ную квадрату диаметра трубопровода, и зависит от давления среды.

При медленном распространении трещины давление в трубопро­воде падает, и трещина, как правило, останавливается. В тех же случаях, когда скорость движения трещины превышает скорость понижения давления, и трещина непрерывно входит в сильно на­пряженный металл, ее развитие может происходить интенсивно без остановки. Изменение свойств металла или какие-либо другие фак­торы способны вызвать ее торможение.

Скорость понижения давления определяется волной разряже­ния, которая распространяется в среде, заполняющей трубопро­воды, со скоростью звука.

Таким образом, при vT > v движение трещины носит лавинооб­разный характер (vT — скорость движения трещины, км/с;

v — скорость распространения звука в транспортируемом про­дукте).

Попытка расчета несущей способности с позиции обеспечения торможения распространения трещин в трубопроводах предпринята на основе уравнения U —U —U (7)

где Un — потенциальная энергия кольца трубопровода на

длине, равной единице;

UK — кинетическая энергия того же кольца в момент, когда перемещение кромок разрыва достигает мак­симальной скорости, а упругая энергия полностью исчезает, после чего перемещения переходят в бы­стро затухающие колебания;

£/р = apS — энергия, разрушающая трубопровод на единице длины; (здесь ар — удельная работа развития тре­щины на единице длины; S — толщина стенки трубопровода).

В рассматриваемом методе расчета трубопровода в случае над­земной его укладки величину потенциальной энергии выражают

U p2Z)3 (1 jx2) я >qv

п SES * *'

где D — диаметр трубопровода; р — давление в трубопроводе;

[х — коэффициент Пуассона.

Так как максимальная скорость кромок разрыва зависит от ско­рости движения трещины, то используя эту зависимость найдем ве­личину кинетической энергии

(9)

На основе соотношений (7) — (9) после соответствующих пре­образований получаем

0p = £!5^=J! l[l (Ю)

Лавинообразного разрушения не будет, если vT < v, т. е. ско­рости падения давления или скорости звука в транспортируемом продукте. Подстановка в формулу (10) определяет требование к величине яр:

аР> [1-(1-е 3Т]. (11)

Следовательно, условие торможения движения распространяю­щейся трещины в трубопроводе под давлением состоит в том, что нормативные сопротивления стали развитию трещин

«р норм > 0,0017 аЩР - [1 - (1 - (12)

где п — коэффициент возможной перегрузки давления р.

Величину яр находят опытным путем. Выбор металла и раз­личные способы его термообработки для повышения яр — это ак­туальная задача для трубного производства.

В предлагаемом методе расчета несущей способности много условного. Не полностью учтены все виды энергии, развивающиеся в процессе лавинообразного образования трещин, очень не точно определена приведенная масса кольца при вычислении кинетиче­ской энергии и т. д.

.Тем не менее, сам подход к расчету трубопровода с позиций его сопротивляемости распространению разрушений заслуживает вни­мания.

Приведенный метод расчета не исключает необходимости рас­чета трубопровода на прочность при рассмотрении его в качестве тонкой цилиндрической оболочки, нагруженной внутренним дав­лением.