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

В случае растяжения образца с симметричными" боковыми надрезами (см. рис. 22, б)

Образцы, показанные на рис. 22, а, имеют рас­ четную длину L = 6B, общую длину Li = 8B, отвер-

стие под штифт диаметром du = — В; длину тре-

2В

щнпы 21 принимают равной примерно ——. В об-

разцах с боковыми надрезами (рис. 22,6, в) длина трещины / примерно равна 2 В/3. При указанных относительных размерах образцов (рис. 22, б)

разца с концентрической кольцевой трещиной глу­ биной / = ~-ф—d)

100

С учетом размеров пластической зоны

При эллиптической форме нетто-сечения ци­ линдрического образца (рис. 22, д)

слоев образцов при изгибе можно уменьшить нане­ сением боковых надрезов, уменьшающих толщину образца от Н до Н\ (рис. 22, з). При этом коэффи­ циент /<1С по формуле (2.25) умножают на ^

101

При испытаниях иа изгиб широко применяемого для оценки температуры нулевой пластичности об­ разца Пеллини с наплавкой и поверхностной тре­

же предела текучести необходимо, чтобы абсолют­ ные размеры сечений были большие. Расход метал­

толщины требуются существенно меньшие предель­

102

сительно небольшую жесткость (1/М) и использу­

щины при осцнллографической записи усилий.

Для оценки минимальных значений коэффициен­ тов интенсивности напряжений существенное зна­ чение имеет выбор параметров надреза. В § 1 гл. 1 показано, что в упругом теле напряженное состоя­ ние на продолжении трещины отличается от напря­ женного состояния в зоне острого надреза на рас­ стояниях, меньших 0,25 радиуса надреза. Поэтому для идеально хрупкого тела моделирование трещи­ ны острым надрезом, затрудняется. Однако при об­ разовании упруго-пластических деформаций в вер­ шине трещины, характерном практически для всех металлов, важную роль начинают играть парамет­ ры зоны неупругих деформаций. В соответствии с

103

ударном нагруженйи) радиус р должен быть менее 0,01 мм. Такие радиусы трудно получить механи­ ческим способом, поэтому образцы небольших се­ чений следует испытывать после предварительного создания в них трещин. При статических испыта­ ниях крупногабаритных образцов с трещинами дли-

предварительно созданной трещиной. Такие трещи­ ны получают несколькими способами [13, 34, 82]: предварительным циклическим нагружением, удар­ ным нагружением при низкой температуре, созда­ нием азотированного хрупкого слоя в вершине над­ реза с последующим повторным ударным нагруже­ нием. Наибольшее распространение получил первый способ. Это объясняется тем, что при циклическом нагруженйи процесс развития трещины медленный \н контролируемый.

Локализация зоны образования трещины при этом достигается нанесением острых (обычно сту­

проходящего через вершины ступеней, и симметрии трещины. При больших длинах трещин 2 / в центре растягиваемых пластин можно предварительно про­ сверлить отверстие (рис. 24,а) или прорезать паз (рис. 24,6), которые потом удлинить механической и ручной пилой.

При создании боковых трещин в растягиваемых 4i изгибаемых образцах (рис. 22) надрезы предва­ рительно наносят дисковыми фрезами (рис, 24, в, г). Глубину надреза выбирают таким образом, чтобы

105

угол ан был не более 10°. При испытаниях сравни­ тельно тонких образцов механический надрез глу

Рис. 24. Рис. 24. Надрезы и предварительно созданные тре­ щины

в пределах от 60 до 120° (рис. 24, е). В последнем случае трещина циклического нагружения иници­ ируется-у.вершины надреза, обеспечивая ее симмет­ ричный фронт.

Трещины в вершинах надрезов создают на ма­ шинах для испытаний на усталость. Циклические напряжения выбирают таким образом, чтобы раз-1 меры зон местных пластических деформации не пре­ вышали размеры этих же зон при последующем нагружеиии для определения Kic- На основе формулы

106

мягких сталей соотношение (2.33) выполняется при номинальных напряжениях циклического нагруже-

гния, составляющих 0,25—0,5 предела текучести при ^комнатной температуре. При динамических испыта­ ниях для определения критических значений интен­

сивности напряжений предел текучести ат увели­ чивается и поэтому коэффициент и и напряжения циклического нагружения следует принимать мини­ мальными из указанных.

тов интенсивности напряжений при варьировании скорости деформирования на 4 порядка могут полу­ ч а т ь с я на 30% выше, чем в случае создания трещин при циклических напряжениях, равных 0,25 от. Это объясняется образованием сжимающих остаточных напряжений в пределах зон пластических деформа­ ций, возникающих при .циклическом нагруженйи. При указанных номинальных напряжениях число циклов до образования трещин заданной длины

должно быть не ниже 5 • 104.

Трудности создания усталостных трещин в об­ разцах для определения 7<ic увеличиваются при пе­ реходе от образцов, нагружаемых изгибающим мо­ ментом, к растягиваемым образцам. Это связано с ограниченностью числа машин циклического нагру-

- жения, особенно мощных. Кроме того, для опреде­ ления Kic при комнатных и пониженных темпера­ турах на мягких низкоуглеродистых сталях с уче-

Г07

том ограничений, вытекающих из выражения (1.119), необходимо испытывать образцы толщиной 50—70 мм и более. В ряде случаев [83] толщина испытываемых-при внецентренном растяжении-об­ разцов (см. рис. 22, к) достигает 200—300 мм и бо­ лее. В этом случае усталостные трещины создают по специальной методике. В заготовке образца про­ сверливают отверстие диаметром 6—7 мм в месте, соответствующем положению вершины острого надреза. В направлении желаемого развития тре­ щины от отверстия наносят острый надрез. После этого отверстие и острый надрез со стороны боко­ вых поверхностей образца соответствующим спосо­ бом закрывают и в образовавшуюся полость пода­ ют рабочую жидкость при циклически изменяю­ щимся давлении. Циклическое иагружение про­ должается до получения трещины заданной длины. После создания трещины образцы окончательно механически обрабатывают. При испытаниях образ­ цов, имеющих толщину меньше, чем натурные, ре­

зультаты тех испытании, которые не удовлетворяют

Критические значения коэффициентов интенсив­ ности напряжений, как отмечалось выше, зависят от исходных механических свойств сталей, темпера­ туры испытания и скорости деформирования [49,

108

Рис. 25. Зависимость критических значений коэффи­ циентов интенсивности напряжений от температуры испытаний и толщины образцов

74, 76, 83]. На рис. 26, по данным работы [50], по­ казаны значения Ктс (сплошные линии), получен­ ные при статическом нагружении, и К^с (штриха* вые линии) —при динамическом нагружении плот­ ских изгибаемых образцов (см. рис. 22, е ) ] : В = =76,6 мм; # = 25,4 мм; L = 406 мм и / = 33 мм. Ди­ намически образцы нагружали падающим грузом.

109