книги из ГПНТБ / Дроздовский Б.А. Влияние трещин на механические свойства конструкционных сталей

X — радиус релаксирующего объема, а — константа материала, с — длина трещины,

п —показатель, характеризующий зависимость /■от с.

Если п <§'1, то

т. е. напряжение зависит только от радиуса редаксирующей зоны и не зависит от длины трещины, что согласуется с опыта­

ходящим за счет внутренней упругой энергии тела.

Мотт [43] ввел в уравнение баланса энергии на единицу пло­ щади трещины в плоской задаче кинетическую энергию в про­ цессе разрушения и таким образом перешел от статического рассмотрения, каким оно было у Гриффитса, к учету динамики процесса.

Согласно решению этого уравнения, при достаточно боль­ шой длине трещины, скорость разрушения v приближается к скорости поперечных упругих колебаний:

где р— плотность тела; Е — модуль упругости.

Это находится в соответствии с теорией дислокаций [184 и 185], данными по определению скорости разрушения стекла и в некоторой степени подтверждается и на опытах с хрупким раз­

Зная из экспериментальных данных, что — “ 0, 356 кгм/см2, dA

Ирвин и Кис из вышеприведенной формулы получили, что если напряжение в плите не будет превышать 21 кг/мм2, то критичес­ кая длина трещины (та длина, при которой трещина начнет расти без подвода энергии извне), будет равна 100 мм.

Для другого материала при ~ = 0,267 кгм/см2 и том же

напряжении, равном 21 кг/мм2 (наивысшее напряжение, полу­ чаемое за счет внутренних сил в сварных конструкциях из малоуглеродистой стали, равное пределу текучести этого мате­ риала), критическая длина трещины оказывается уже равной 75 мм. Подобные расчеты, по их мнению, могут быть сделаны, например, для сварного шва, направленного параллельно наибольшим нормальным напряжениям.

При перекрестной сварке расчет значительно осложняется.

ву методически ими не разработано.

Как они сами отмечают, их расчеты не отражают вязкого разрушения, так как

которая интересна с эксплуатационной точки зрения. Кроме то­ го, трудно определить величину упругой энергии при хрупком

разрушении.

Соображения Ирвина и Киса страдают еще следующей не­ точностью. В самой статье упоминается о принципиальном раз­ личии между начинающимся и растущим хрупким разруше­ ниями, резко различающимися между собой по величине расхо­ дуемой энергии [51]. Это различие будет меняться в зависимос­ ти от условий возникновения нестабильного разрушения

38 Существующие представления о хрупком разрушении

Согласно А. В. Степанову [55], хрупкому разрушению обяза­ тельно должно предшествовать появление сдвигов, хотя бы и разрозненных. В известных температурных условиях (ниже кри­ тической температуры хрупкости) выходы этих сдвигов на по­ верхность образца могут оказаться опасными для прочности кристалла.

Многие исследователи пытались применить теорию Гриффит­ са к хрупкому разрушению пластичных материалов, вводя соот­ ветствующие поправки в формулы хрупкого разрушения. В на­ иболее четкой форме это было сделано Орованом [56].^

этого поверхностного слоя достигает 2 ■106 эрг/см2, т. е. на три порядка больше, чем поверхностная энергия той же малоугле­ родистой стали (103 эрг/см2). Это было показано рентгенострук­ турными исследованиями поверхностей хрупких изломов мало­ углеродистой стали [57].

Правда, как показали последующие опыты [58], эта глубина может существенно меняться в зависимости от степени хрупкос­ ти разрушения.

Исходя из этого Орован считал, что для хрупкого разруше­ ния стали, при условии постоянства глубины деформированного

Желая исключить начальную пластическую деформацию об­ разца до появления трещины, Орован в последующей работе с Фелбеком [59] испытывал образцы, надрезанные хрупкой тре­ щиной, которая получалась следующим путем. На боковой гра­ ни плиты делался тонкий надрез; в этот надрез вставлялся уз­ кий клин, затем плита охлаждалась жидким азотом и клин вгонялся в надрез легкими ударами молотка. После получения трещины в дне надреза последний сострагивался и таким обра­

зом получалась плита, надрезанная трещиной с одной сторо­ ны. Плиты затем подвергались растяжению, как эксцентрично­ му, так и осевому, причем, для получения последнего две пли­ ты сваривались внутрь кромками, имевшими трещины.

Результаты испытаний плит шириной 100 мм осевым и эксцентричным растяжением (Фелбек и Орован)

сги р от с, то экспериментальные точки из таблицы хорошо ло­ жатся на кривую. Величины р оказываются равными: для осе­ вого растяжения 0,3- 106 эрг/см2-, для эксцентричного растяжения

4,9 • 106 эрг/см2.

Обе эти величины больше величины р, определенной рентгеноструктурным анализом (Р = 2-106 эрг/см2). Анализ изломов показал, что хрупкое разрушение от статической нагрузки в мягкой стали при комнатной температуре никогда не начинается непосредственно от заранее созданной трещины.

Непосредственно к трещине примыкает участок волокнисто­ го излома в виде ногтя, лишь затем переходящий в хрупкий кри­ сталлический излом.

Кристаллический излом через некоторое расстояние вновь сменяется волокнистой дугообразной прослойкой (рис. 13), пос­ ле которой вновь идет кристаллический излом. Подобная кар­ тина излома стальных плит, наблюдавшаяся и многими другими исследователями, привела Фелбека и Орована к выводу, что из­ вестная теория Менаже-Людвика, объяснявшая хрупкость над­ резанных образцов объемным напряженным состоянием в вер­ шине надреза, является недостаточной.