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

тические значения коэффициентов скорость дефор­ мирования оказывает при испытаниях мягкой низ­ коуглеродистой стали. С повышением статической прочности оно уменьшается и практически не ска­ зывается на результатах испытаний стали 3. Ана­ логична зависимость критических значений коэф­

на Kie соответствует условиям инициирования раз­ рушения, a Kfc —условиям остановки движущихся трещин. На стадии инициирования и остановки тре­ щин Kic, определенные на образцах, показанных на рис. 22,« [57], при низких температурах (—196°С) для низкоуглеродистой и низколегированной стали оказываются одинаковыми. С повышением темпе­

3 раза значения на стадии остановки трещин. Вы­ раженная зависимость критических значений коэф­ фициентов интенсивности напряжений от темпера­ туры и скорости деформирования в вершине тре­ щины является характерной для большой группы мягких конструкционных сталей.

Экспериментальное исследование коэффициен­ тов интенсивности напряжений на оптически актив­ ных материалах при статическом нагружении и в процессе развития трещин показывает [55], что по мере увеличения скорости распространения трещи­ ны наблюдается более быстрое повышение коэф­ фициентов интенсивности напряжений, чем это сле-

111

значениям коэффициентов интенсивности напряже­ ний и номинальных растягивающих напряжений с

центрации, расчетные уравнения, основанные на ли-1

§3. РАСКРЫТИЕ ТРЕЩИН

ИДЕФОРМАЦИИ В ВЕРШИНЕ ТРЕЩИН

или трансформаторы дифференциального типа. Та­ кое измерение перемещений осуществляется на ба­ зе, соизмеримой с длиной начальной трещины.

На двухкоординатных аппаратах, записываю­ щих зависимость удлинения образца от осевого усилия, в момент возникновения нестабильного со­ стояния трещины фиксируется небольшое резкое увеличение перемещения при практически постоян­ ном усилии (метод скачка). Увеличение длины тре­ щины в момент скачка определяют по виду поверх­ ности окончательного излома. На основе этих изме­ рений можно вычислить критическое значение ко­ эффициента интенсивности напряжений по форму­ лам (1.33), (1.36) при длине трещины, равной сум­ ме начальной длины трещины и приращения тре-

114

шины в момент скачка. В этом отношении измере­ ние деформаций позволяет более точно определить критическое значение разрушающих усилий. Ис­ пользование измерения макродеформаций при эк­ спериментальном определении энергетических ха­ рактеристик разрушения (Gjc, ук) рассмотрено вы­ ше (§ 1, гл. 2) в связи в оценкой податливости об­ разца по соотношению (2.13).

При тех уровнях напряжений, при которых справедлив упругий анализ напряженного и дефор­ мированного состояния в зонах трещин, перемеще­ ния, измеряемые на конечных базах, превышающих начальную длину трещины, оказываются пропор­ циональными действующим усилиям. Близкая к ли­ нейной зависимость этих деформаций от усилий сохраняется до номинальных напряжений, достига­ ющих 0,8—0,9 предела текучести. Однако при та­ ких напряжениях в вершине трещин образуются развитые зоны пластических деформаций, размеры ,гт которых, как видно на рис. 13, оказываются равными начальной длине трещины. В этих усло­ виях местные упруго-пластические деформации по

Интенсивное увеличение местных упруго-пласти­ ческих деформаций в вершине трещин при повы­ шении уровня действующих номинальных напря­ жении приводит к нелинейному увеличению пере­ мещений v границ трещин в направлении дейст­ вующих усилий. Раскрытие трещины б в пластине из упруго-пластичного материала, как следует из сопоставления формул (1.74) и (1.75), оказывается больше, чем в пластине из упругого материала (см. рис. 16). Отношение б раскрытия трещин в пласти­ не из идеально упруго-пластичного материала к

115

Так как согласно формулам (1.23) и (1.30) пере­ мещения в зонах трещин зависят от расстояния между точкой измерения и вершиной трещины, то при экспериментальном определении1 раскрытия трещины датчики следует располагать в непосред­ ственной близости от вершины. Для случая упругопластичного материала это подтверждается данны­ ми рис. 16.

/ Перемещения границ трещин измеряют различ­ ными способами: электромеханическим, механиче­ ским, оптическим, электростатическим. Наибольшее распространение получили электромеханические приспособления, содержащие упругие элементы с наклеенными на них датчиками сопротивления. Применяя электромеханические устройства, можно автоматизировать процесс записи перемещений в зависимости от нагрузки. Такой способ регистрации раскрытия трещины нашел отражение в проекте английского стандарта и рекомендациях Междуна­ родного института сварки [81] по определению ха­ рактеристик сопротивления хрупкому разрушению.

Схема измерения раскрытия трещины датчика­ ми перемещений показана на рис. 28. Упругие эле­

ной 12,7 мм винтом М3,5. Наклеенные на упругие элементы датчики сопротивления образуют электри­ ческую мостовую схему, включенную в электрон­ ный усилитель двухкоординатного самописца. Мо­ стовая схема обеспечивает термокомпенсацию дат­

(рис. 28,s). Вершина пазов находится на расстоя­ нии zu от поверхности образца, равной половине

117

ширины надреза bн. Соответствующими углами па­ за и углубления обеспечивают свободный поворот концов упругих элементов.

При небольших размерах образцов и надреза Ьк используют специальные пластинки-призмы тол-

тельного изгиба упругих элементов. Показанные на рис. 28 устройства могут быть использованы при испытаниях образцов на изгиб (рис. 22, е—з), пло­ ских образцов с боковыми надрезами на растяже­

Наиболее простыми для определения критиче-

118

ского раскрытия трещин являются испытания на изгиб сосредоточенной силон (рис. 22, е). Толщину образцов Я принимают обычно равной толщине ли­ ста, высоту В — равной Я или 2 Я. Образцы выре­ зают вдоль направления прокатки. Измеряемое при изгибе перемещение vu берегов трещины (с учетом высоты zl t ) может быть пересчитано в раскрытие б трещины глубиной / (рис. 28, е). Этот пересчет про­ изводят с использованием гипотезы плоских сече­ ний

гибе и внецентренном растяжении раскрытие тре­ щины б .можно измерять в непосредственной бли­

119