книги из ГПНТБ / Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению

деформации для пластины, растягиваемой силой Р, определяется по формуле

Г.1 г.2 d

Жесткость пластины, равная 1/М, может быть измерена предварительно на пластинах с различ­ ной длиной трещины /. Дифференцирование зави-

в выражение (2 . 13), как функцию /. Измеренные

состояния используют для определения энергии Отг

с определением докритического роста трещины по мере повышения усилия Р. Приращение длины тре­ щины до момента образования неустойчивого со-,

90

Использование датчиков последовательного раз­ рыва, наклеиваемых в вершине трещины, позволяет измерять увеличение трещины до 10 мм и более с точностью до .0,25 мм. Датчики вихревых токов, обеспечивающие -непрерывное слежение за верши­ ной трещины с точностью- 0,3—0,5 мм, не имеет ограничений по длине измеряемой трещины. Точ­ ность измерения длины трещины в ферромагнит­ ных материалах феррографическим методом npiB мерно в 10 раз выше, чем с помощью вихревых токов. Длина трещины регистрируется на магнит­ ной пленке, непрерывно перемещающейся в зоне трещины; при этом след трещины на магнитной пленке остается после каждого высокочастотного импульсного намагничивания образца. Метод кино­ съемки состоит в одновременной синхронизирован­ ной съемке поверхности образца в месте иницииро­ вания разрушения и шкалы силоизмерителя ма­ шины в процессе нагружения.

Для хрупких материалов, у которых переход трещин в неустойчивое состояние осуществляется

ветствии с этим величина Gjc может быть опреде­ лена по,критическим значениям напряжений сгА. и начальной длине трещины /:

для определения Gie для. низкоуглеродистых и низ­ колегированных -мягких хладноломких сталей, разг рушащихся'.'.хрупко • ~(oK:<at). при -низких темпе.5- ратурах без 'выраженного'.роста трещины. •

Если ввести поправку на докритический рост трещины, равный гт в соответствии с выражением

92

(1.66) для плоского напряженного состояния или

— гг для объемного напряженного состояния при

можно распространить и на случай разрушения, когда л г ^ 0 , 1 /.

Величины G\c определяют по формулам (2.13) и .(2.14) ,по данным испытаний образцов при раестяжении, изгибе и внецентрениом растяжении [34, 68, 95]. Конструкция образцов и техника прове­ дения испытаний для определения Gic рассмотрена

в§ 2 .

Всвязи с широким использованием для сравни­ тельной оценки сопротивления металлов хрупкому разрушению по результатам стандартных ударных испытаний [10], важное значение имеют попытки определить энергию распространения трещин на лабораторных образца сечением 10x10 мм типа Шарпи.и Менаже с радиусом закругления в вер-

•шине надреза от 0,15 до 1,0 мм. Величина ударной 'вязкости а„ характеризует работу на образование упругих и упруго-пластических деформаций до мо­ мента возникновения трещины, а также работу

распространения трещины.

В силу высокой неоднородности деформаций и напряжений в вершине надреза, а также сущест­ венной нестационарности процесса распростране­ ния трещины в условиях изменяющихся скоростей деформирования в вершине трещины, измерение энергии распространения трещины по величине ан представляется методически весьма сложным. , Сопоставление ударной вязкости ан, полученной на

кобразцах Шаргш, с энергией продвижения трещины Gic для сталей с различной термической обработ­ кой [65] показывает, что для данной ударной вяз­ кости минимальные значения Gic в 2—2,5 раза

S3

меньше средних. Поэтому значения ударной вяз­ кости ан нельзя использовать для оценки энергии роста трещин Gic .

В связи с этим суммарную величину ударной вязкости ан делят на составляющие, характери­ зующие в основном энергию упругих и упругопластических деформаций и энергию, затрачивае­ мую на устойчивый рост трещины до момента до­ стижения максимальной нагрузки, с одной стороны^ и на энергию разрушения после достижения макси­ мальной нагрузки, с другой. При этом предпола­

Разложение работы разрушения на составляю­ щие широко использовалось и при статических ис­ пытаниях [10, 34, 48], так как позволяет охарак­ теризовать особенности протекания процесса раз­ рушения в неустойчивом состоянии. Уменьшение деформаций (удлинений, прогибов) после достиже­ ния максимальной нагрузки при испытаниях свя­ зано с уменьшением составляющей ар. Снижение величины av происходит при увеличении остроты надреза и скорости деформирования, уменьшении температуры испытаний. При хрупких разруше­ ниях в условиях статического нагружения, проис­ ходящих при достижении максимальной нагрузки

94

танин лабораторных образцов уточняют специаль­ но поставленными опытами. Задача этих опытов

Без осцнллографической записи диаграммы изгиба стандартного образца величину а3 можно опреде­ лить по данным испытаний ряда образцов (с уве­ личивающейся энергией удара) с измерением соот- ,|ветствующего угла изгиба образца [22]. Увеличе­ ние энергии удара приводит к увеличению угла изгиба образца до определенной величины; предпо­ лагается, что после этого энергия затрачивается только на распространение трещины. По уменьше­ нию величины аз, наблюдаемому при увеличении кривизны надреза 1/р при данной температуре, можно получить зависимость ан = р и путем ли­ нейной экстраполяции на нулевой радиус кривизны определить а« = с р [9]. Работу на образование хрупкого разрушения можно определить и по за­ висимости, близкой к линейной, величины ан от

кдоли вязкой составляющей в изломе Fg [42]. Описанные методы определения энергии разруше­

устойчивых и неустойчивых состояниях трещин в связи с усилиями при нагружении.

Анализ энергии и нагрузок при ударном раз­ рушении стандартных образцов возможен при ис­ пользовании осцнллографической записи усилий и перемещений [1, 15]. Однако возникновение и рас­ пространение трещины специально не рассматри­ вается.

Характеристики разрушения уточняют при ис­ пытаниях лабораторных стандартных образцов с заранее созданной трещиной [13, 34]. В этом слу-

95

чае (при статических и ударных испытаниях) вся работа внешних сил затрачивается на устойчивое и неустойчивое развитие трещины. Определяемую суммарную энергию, на образование новых поверх­ ностей трещины приравнивают к энергии G.ic (при хрупких разрушениях стандартных образцов).-на основе предположения о постоянстве сопротивле­ ния разрушению в процессе распространения тре­ щины [65]. Более подробно испытания ударных\ стандартных образцов для определения характери­ стик хрупкого разрушения рассмотрены ниже. Однако результаты испытаний в связи с отсутст­ вием надлежащим образом обоснованных корреля­ ционных зависимостей между ая и Gjc следует использовать не для расчета несущей способности элементов конструкции, а для сопоставления при­ меняемых материалов.

§ 2. КОЭФФИЦИЕНТЫ ИНТЕНСИВНОСТИ

НАПРЯЖЕНИЙ

Напряжения, деформации, перемещения и по­ тенциальную энергию деформаций в вершине тре­ щины в упругом материале определяют коэффи­ циентами интенсивности напряжений. В предель­ ном состоянии при достижении напряжениями кри­

96

текучести, повышение местных деформации в вер­ шине трещины учитывают, вводя поправки к дли­ не трещины по формуле (1.115).

Основные типы образцов и схемы их нагруже­ ния для определения К\с в связи с ограничениями, вытекающими из выражения (1.119), показаны на

Рис. 22. Образцы для определения коэффициентов интенсив­ ности напряжений

рис. 22 [24, 34, 36, 51, 54, 58, 76, 83, 91]. Плоские образцы для растяжения (рис. 22, а—г) исполь­ зуют в основном в случае листовых материалов с пониженной пластичностью и повышенным отно­ шением предела текучести ао,г к пределу прочности ов (высокопрочные закаленные и низкоотпущенные стали, алюминиевые и титановые сплавы). Для низкоуглеродистых мягких высокопластичных ста-

98

леи, разрушающихся при напряжениях, превышаю­ щих 0,6—0,7 предела текучести, необходимо усили­

к толщине Я в пределах от 45 до 16. Для опреде­

найти, как для пластин ограниченной ширины (см.

К]с =

Таким образом, выражение для величины Л'т.с при плоском напряженном состоянии отличается от формулы для определения Ки при плоской де­ формации условной длиной трещины по формуле

6яа~

4* 99