Следует отметить, что использование нормативного подхода к оценке допустимых состояний конструкций связано с вопросом корректного назначения соответствующих коэффициентов запасов прочности. Отметим, что действующие отечественные нормы прочности рекомендуют учитывать, что вследствие локального характера действия этих напряжений влияние их на несущую способность конструкции менее значительно, чем напряжений общей категории.
С теоретической точки зрения назначение нормативных значений предельных нагрузок для категории общих мембранных и общих изгибных напряжений обосновывается статической теоремой приспособляемости (что определяет так называемую нижнюю границу приспособляемости). Эта граница однозначно гарантирует упругую работу конструкции с сохранением ее исходных геометрических размеров как при статическом, так и циклическом характере нагружения. Под приспособляемостью конструкции понимается прекращение циклической пластической деформации после некоторого числа первых циклов неупругого деформирования вследствие образования, главным образом, благоприятного поля остаточных напряжений и циклического упрочнения материала.
Как отмечалось выше, определение условий развития предельных состояний оборудования является основной задачей расчетов на прочность. Такой анализ выполняется по результатам расчетного исследования напряженного состояния конструкций и опирается на соответствующие теоретические разработки. В настоящее время можно отметить несколько принципиальных подходов к анализу условий развития предельных состояний оборудования:
1. На основе нормированного ограничения величин напряжений различных категорий в соответствии с рекомендациями норм расчета на прочность оборудования.
2. На основе использования разработок теории приспособляемости.
3. С помощью прямого (поциклового) расчета кинетики деформирования конструкции.
Первый (нормативный) подход к оценке прочности опирается на результаты расчета напряженного состояния, выполненного в предположении условно упругого поведения материала, и на принцип классификации напряжений на различные расчетные группы (категории). Данный метод является в настоящее время доминирующим и закреплен в качестве основного отечественными нормативными документами прочности оборудования атомных станций. Основы этого подхода разработаны преимущественно к условиям работы реакторов с рабочей средой под давлением и для умеренных (лежащих ниже порога ползучести) температур. Были определены нормативные условия прочности, которые гарантировали отсутствие развития таких видов предельного состояния, которые наиболее вероятны для преобладающего действия механических нагрузок (кратковременное пластическое разрушение, потеря устойчивости, циклическая усталость). Развитые применительно к работе конструкционных материалов в области высоких температур (за границей ползучести) современные нормы прочности дают возможность выявлять и исследовать некоторые другие виды предельных состояний, отвечающие превалирующему влиянию временных (длительных) процессов и неизотермичности нагружения (длительная циклическая и длительная статическая прочность, термическая усталость, формоизменение).
Действующие нормативные документы прочности, учитывая возможность некоторого перераспределения начальных напряжений в конструкции, не во всех случаях позволяют полностью решить задачу по определению допустимых условий прочности. Это связано с тем, что переход от условных упругих напряжений (а именно в такой постановке при нормативном подходе рекомендуется производить расчет напряженного состояния) к характеристикам реального упругопластического поведения материала не может быть выполнен с помощью простых приемов. А перераспределение напряжений в конструкции вследствие неупругого деформирования зависит от многих факторов и носит достаточно сложный характер.
Отмеченные недостатки можно устранить, если дополнить нормативный подход в оценке прочности соответствующими количественными уточнениями с помощью аппарата теории приспособляемости. Эта теория, основанная на двух фундаментальных теоремах (статической и кинематической), позволяет более качественно определить условия реализации основных видов неупругого поведения конструкции — приспособляемости, знакопеременного течения, формоизменения.
Приводя пояснения по условиям реализации отмеченных видов неупругой работы конструкций, следует иметь в виду, что в самом общем случае нагружения могут реализовываться следующие качественно различные виды деформирования:
1. Чисто упругая работа конструкции во всех циклах нагружения, начиная с первого.
2. Неупругая работа конструкции в течение некоторого числа первых циклов, переходящая затем в чисто упругую в результате образования благоприятного поля остаточных напряжений, деформационного упрочнения материала, изменения геометрии детали. Такое поведение конструкции называют приспособляемостью.
3. Непрекращающаяся с увеличением числа циклов (вплоть до разрушения) циклическая пластическая деформация одного их двух основных видов:
а) Знакопеременная пластическая деформация (знакопеременное течение), при которой общие приращения деформации в конструкции за цикл равны нулю. При этом, размеры и форма конструкции практически не изменяются вплоть до появления трещин усталости.
б) Накапливающаяся односторонняя деформация (прогрессирующее формоизменение), при которой приращения пластической деформации за цикл отличны от нуля, а изменения размеров и формы конструкции нарастают с числом циклов. Прогрессирующее формоизменение приводит либо к разрушению конструкции вследствие исчерпания пластических свойств материала, либо к нарушению нормальной эксплуатации изделия из-за недопустимых изменений ее геометрии.