М.: Молодая гвардия,

Как маятник остановив рукою, Цвет времени от времени спасти?

В. Шекспир

ВОЗМОЖЕН ЛИ ПРОГНОЗ

9 марта 1934 года мощная балка, предназначавшаяся для термодинамической лаборатории Льежского университета, самопроизвольно раскололась по всей своей 12-метровой длине1.

2 декабря 1942 года в обшивке цельносварного танкера, находившегося еще на стапелях, без влияния какой-либо внешней нагрузки образовалась трещина длиной 13 метров. Танкер «Скенектеди» водоизмещением 7230 тонн попросту разломился пополам в спокойной воде.

В 1973 году обрушился мост с пролетом 336 метров через реку Огайо у города Уиллинг. Вот свидетельство очевидца: «В течение нескольких минут мы следили с тревогой за колебаниями, подобными качке корабля в шторм. Один раз мост поднялся почти на высоту пилонов и затем опустился: при этом вдоль всего пролета произошло скручивание, и одна половина проезжей части почти перевернулась. Затем огромная конструкция с головокружительной высоты устремилась в реку с ужасным треском и грохотом»2.

Совсем недавно, в 1976 году, на глазах многих в центре Вены над Дунаем возник огромный столб пыли, земля задрожала и важнейшая транспортная артерия австрийской столицы, связывающая ее с пригородами – мост Рейхсбрюкке – рухнул в воду. К счастью, катастрофа произошла ранним воскресным утром, когда на мосту почти не было машин и пешеходов (в часы «пик» по Рейхсбрюкке проходило до 18 тысяч машин в час). Однако без жертв все-таки не обошлось. Обломки моста блокировали Дунай, из-за чего в районе Вены скопились сотни грузовых судов и барж3.

Печальной особенностью многих разрушений являются их труднопредсказуемые последствия, что кстати

1 Остаточные напряжения./Под ред. В. Р. Осгуда. М.: ИЛ, 1957. С. 9, 54.

г Пановко Я. Г., Губанова И. И. Устойчивость и колебания упругих систем. -М.: Наука, 1967. С. 349.

3 Мост рухнул от «усталости»?//За рубежом. 1976. № 33. С. 20.

и следует из буквального смысла греческого слова «катастрофа» – переворот, внезапное бедствие, влекущее за собой тяжелые последствия.

Разнообразие видов разрушения трудно себе представить. На морских судах, например, сталкиваются с кавитацией. Это явление связано с возникновением в жидкости разрывов сплошности в виде крохотных пузырьков. Появляющиеся при этом упругие импульсы вырывают из винта корабля частицы металла и быстро разрушают его.

Я привел лишь несколько примеров аварий. Может сложиться впечатление, что их причины необъяснимы. Но это неверно. Тысячи и тысячи разнообразных катастроф, крушений и аварий известны человечеству в прошлом и, к сожалению, случаются в настоящем. Однако в подавляющем большинстве случаев наука обстоятельно проанализировала их природу. Это, правда, не может исправить произошедшее, но служит хорошим уроком на будущее. И, конечно же, каждая конкретная катастрофа, будь то падение моста, разрушение самолета или взрыв цистерны, имеет свои собственные корни.Именно о физических процессах, ведущих к появлению трещины при различных условиях эксплуатации, и пойдет речь ниже.

ПЕНЬ У ДОРОГИ

«Темной южной ночью на палубе французского научного судна «Жан Шарко», проводившего исследовательский рейс в районе Азорских островов, неожиданно раздался грохот. Встревоженные моряки и ученые, высыпавшие на освещенную прожекторами палубу, обнаружили, что взрываются глыбы обсидиана, накануне поднятые драгой с глубины около трех километров. Камни высоко подпрыгивали на палубе, с глухим звуком рассыпались в воздухе и дождем осколков падали на палубу.

Утром, когда улеглось волнение, вызванное ночным переполохом, геологи объяснили странное поведение камней. Видимо, в обследованном районе не так давно

(по геологическим масштабам, конечно) произошло извержение вулкана. Излившаяся магма застыла, испытывая огромное давление воды. Образовавшаяся при этом порода, как пружина, хранила в себе сильное внутреннее напряжение»1.

При производстве разнообразных металлических конструкций сварка – один из ведущих технологических процессов, позволяющих образовать монолит из одинаковых или различных металлов и сплавов или изготовить пространственно сложное изделие, не воспроизводимое другими методами. Ценный это метод, жизнью оправданный и имеющий большое будущее. Но он нелишен недостатков. Об одном из них мне хочется рассказать.

Дело в том, что сварка сопровождается серьезным повышением температуры в небольшом объеме, в то время как остальная часть детали остается холодной. Такой температурный перепад часто вызывает появление в изделии больших внутренних напряжений. Иногда они настолько значительны, что способны сами по себе разрушить конструкцию. Чаще их величина хоть и «весома», но недостаточна для самопроизвольного разрыва. Однако в процессе эксплуатации внутренние напряжения суммируются с внешними и ведут к внезапным катастрофам.

В одной из своих книг сатирик Ф. Кривин пишет: «Пень стоял у самой дороги, и пешеходы часто спотыкались об него.

– Не все сразу, не все сразу, – недовольно скрипел пень. – Приму сколько успею: не могу же я разорваться на части! Ну и народ, ни шагу без меня ступить не могут!»2

Роль такого пня у широкой магистральной дороги сварочного производства и прочности играют внутренние напряжения. Вот некоторые примеры3. Из 52 сварных мостов, построенных в Бельгии в 1934-1938 гг., почти одна пятая их часть к 1940 году была выведена из строя вследствие серьезным дефектов. Так, в марте 1938 года разрушился мост через канал Альберта возле

1 Взрывы в океане//Наука и жизнь. 1971. № 3. С. 38.

2 Кривин Ф. В стране вещей.--М.: Советский писатель, 1961. С. 18.

3 Гатенко М. И. Хрупкое разрушение сварных соединений и конструкций. – Москва – Киев: Машгиз, 1963. С. 8.

Хассельта с пролетом 73,5 м, а в январе 1940 года – сразу два моста через тот же канал с пролетами 61 и 48,8м. Между 1940 и 1950 годами в Бельгии зарегистрировано 14 случаев хрупкого разрушения элементов мостов. В декабре 1951 года в Чехословакии обрушился временный железнодорожный мост с пролетами 12 м. Одна из наиболее заметных аварий – разрушение автодорожного моста в Квебеке (Канада), случившееся 31 января 1951 года при сильном морозе. Мост обрушился, когда по нему проезжала всего одна машина. И этого оказалось достаточным, чтобы все три пролета длиной 54 метра каждый упали в реку.

Соединенные Штаты Америки построили во время второй мировой войны примерно 5000 торговых кораблей. К апрелю 1946 года более чем в пятой их части обнаружили трещины. С ноября 1942 по декабрь 1952 года образовались трещины более чем на 200 судах. Десять танкеров три грузовых судна типа «Либерти» разломились пополам. На 25 других судах трещины разрушили палубу или днище. Например, в марте 1943 года на небольшой зыби переломился танкер «Эссо Манхеттен» водоизмещением 10344 т. Напряжения в его корпусе были ничтожны. Танкер «Закетс Харбор» ока-

зался перерезанным трещиной сразу же после постройки, прямо на верфи.

Казалось бы, приведенных примеров достаточно, чтобы понять, сколь опасны внутренние напряжения и «спровоцированная» ими трещина? Да, конечно, случаев много и стоимость описанных аварий исчисляется миллионами рублей.

Попробуем объснить, откуда у термических напряжений такая чудовищная сила?

Начнем с того, что удивляться этому не следует. Ведь ни для кого из читателей не секрет, что толстостенный стакан лопнет, если его быстро наполнить кипятком. Ясно, что в этом случае мгновенно расширяющиеся слои внутренней поверхности стакана вступают в конфликт с не успевшими прогреться холодными внешними слоями. Последние оказываются растянутыми и, если тепло внутри стакана не поглотить металлической ложечкой, погрузив ее в кипяток, произойдет разрыв. Трещина, возникшая на поверхности стакана, «опояшет» его, двигаясь вначале по образующей, затем по днищу, и завершит «разгром» по второй образующей1. Иногда