книги / Механика разрушения. Быстрое разрушение, остановка трещин

Особенности движения трещины на участке старт — остановка 93

небольшой амплитудой относительно его возможного стати­ ческого значения, показывая, что вычисленное в статическом приближении К вблизи конца участка старт — остановка

Рис. 14. Сравнение сигналов датчика деформации плеч образца с дефор­ мацией, вычисленной в статическом приближении, для двух клееных алю­ миниевых образцов, а — образец 104; б — образец 202. / — датчик дефор­ мации плеча; 2 — статический расчет; 3 — уровень деформации в момент остановки, определенный по кривой Р — Д. А — разрыв первой нити; В — конец фазы быстрого распространения трещины; С — остановка трещины

за пределами осциллограмм.

трещины является действительным приближением реальной

величины К.

Аналогичные измерения были проведены на стали AISI4340 (см. рис. 13), но из-за малого различия деформа­ ций старта и остановки для этой стали по сравнению со сталью А533В статические вычисления деформаций не прово­ дились.

Клееные алюминиевые образцы. Данные о деформации плеч стальных образцов, так же как и скорости трещин, из­ меренные на поверхности, получены при умеренных значениях

94 П. Кросли, Э. Риплинг

отношения Kq и К\а. Поэтому клееные алюминиевые образцы, позволяющие получать высокие отношения KqlKia, были так­ же снабжены тензодатчиками для измерения деформации плеч. На рис. 14 показаны кривые деформация — время для двух испытанных алюминиевых образцов. Эти кривые имеют форму, несколько отличающуюся от формы кривых для стальных образцов тем, что вскоре после инициирования на­ блюдается пик деформации. После этого пика деформация быстро уменьшается, как и для стальных образцов. Не изве­ стно, обусловлен ли пик деформации намного большей по­

он является следствием большего различия трещиностойкостей, соответствующих инициированию роста и остановке тре­ щины. Тем не менее сравнением действительных деформаций с вычисленными в статическом приближении установлено, что динамическая реакция образца опять затухает намного раньше, чем закончится движение трещины на участке скач­ ка. Как и в случае стали, во время медленного распростране­ ния трещины в конце участка скачка статическое значение трещиностойкости является адекватной мерой действитель­ ной трещиностойкости, даже если отношение KqlKu (или GqjGia) достигает 2,5 : I (или 7: 1) .

Показания тензодатчиков сдвиговых деформаций

Сталь. До настоящего времени деформации сдвига изме­ рены лишь на одном стальном образце. На рис. 15 показана поверхность излома этого образца из стали А533В и зависи­ мости длины трещины от времени, полученные как с помощью решетчатого датчика, так и с помощью датчиков деформации сдвига. Для этого образца трещиностойкости Ки и а также длина скачка трещины были несколько больше, чем

ченной с помощью решетчатого датчика, был аналогичен по­ казанным на рис. 8. Ряд экспериментальных точек получен также с помощью датчиков сдвиговых деформаций, для чего использовали градуировочные кривые, показанные на рис. 5. Точка а\ соответствует длине трещины и моменту времени, для которых сигнал датчика 1 равен нулю; точка ач — длине трещины, где сигнал датчика 1 равен' сигналу датчика 2 с

96 П. Кросли, Э. Риплинг

тивной скорости с помощью тензодатчиков их число должно быть более двух.

На рис. 16, а показаны сигналы от датчика деформации плеч образца и решетчатого датчика, на рис. 16,6 — сигналы от датчика деформации плеч и датчиков сдвиговых деформа­ ций. Из последнего рисунка следует, что задача измерения скорости при помощи тензодатчиков для измерения сдвиго­ вых деформаций осложнена неудачным выбором масштабов, что привело к снижению чувствительности. Кроме того, после прохождения трещины под обоими датчиками сигнал от дат­ чика 1 должен быть большим отрицательным, чем сигнал от датчика 2. Но так как оба сигнала оказались одинаковой величины, то можно предположить, что имел место некоторый дрейф нуля.

Тем не менее было возможно сопоставить действительные значения деформаций с вычисленными статическими величи­ нами деформации в местах расположения датчиков (см. рис. 16,б и 16,г). К сожалению, для данного испытания не были получены ни диаграмма Р — А, ни диаграмма Р — время, и поэтому нагрузку остановки трещины можно было оценить лишь приближенно из рис. 16, а и 16,6. Используя это приближенное значение нагрузки остановки, авторы провели сравнение действительной и статической деформаций плеч образца, результаты которого показаны на рис. 16, в, оказав­ шемся во многом аналогичным рис. 12.

Вычисления статических деформаций сдвига были несколько более сложными. Во-первых, находили длину тре­ щины для некоторого выбранного момента времени t\, для чего использовали результаты измерений при помощи решет­ чатого датчика. (Запись сигнала датчика деформации плеча образца, показанная на рис. 16,6, использовалась для полу­ чения шкалы времени.) Деформацию сдвига, соответствую­ щую этой длине трещины (или времени), получали при помощи градуировочных кривых на рис. 5, вводя поправку на различие модулей упругости стали и алюминия и на различие в нагрузках. Последнее осуществляли делением статически вычисленной нагрузки на пальцах образца на нагрузку, ис­ пользованную для получения градуировок на рис. 5. Резуль­ таты вычислений показаны на рис. 16,г.

Как и для случая датчика деформации плеча образца, имеется существенное различие в форме действительных и вычисленных кривых в начале процесса, но к моменту оста­ новки трещины действительные деформации, а также и ста­ тические практически не зависят от времени. Однако даже спустя продолжительное время после остановки (300 мкс) вычисленные деформации были меньше действительных.

ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ СКОРОСТЬЮ ТРЕЩИНЫ И КОЭФФИЦИЕНТОМ ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛИМЕРАХ

СДВОЙНЫМ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕМ')

Т.Кобаяси, Д. Дилла

Описаны результаты экспериментального исследования динамического процесса распространения трещины в двух полимерах, обладающих двой­ ным лучепреломлением, — гомалите-100 и эпоксиде КТЕ. С помощью вы­ сокоскоростной многоискровой камеры регистрировались фотоупругие кар­ тины изохром, получаемые методом фотоупругости при распространении трещин в образцах с одним боковым надрезом (ОБН) при центральном нагружении, эксцентричном приложении нагрузки и при нагружении по линии трещин. Экспериментальные данные, полученные для каждого по­ лимера в нескольких испытаниях, охватывают распространение трещин со скоростями от предельной до соответствующей моменту остановки.

Для определения мгновенных значений коэффициента интенсивности напряжений К использовались величины, характеризующие размеры и форму изохром, путем сращивания аналитических и экспериментальных результатов. Аналитические расчеты вида нзохром проводились с исполь­ зованием функции напряжений Вестергаарда, выбранной в форме

Z(z)=---- J = . - [!+!>'(*/<•)]

y 2 j t z

совместно с выражением о0х = а '/ д/2ла. Было проведено сравнение 14 000 нзохром, рассчитанных на вычислительной машине, с полученными экспе­

Применение механики разрушения к описанию динамиче­ ского разрушения является сравнительно новой и более сложной задачей, чем ее использование для описания иници­ ирования в условиях действия статических полей напряже­ ний. Значительный интерес к анализу динамического разру­ шения возник в последнее десятилетие после того, как Крафт и Ирвин [1] опубликовали обзор по вопросам приложении