книги / Механика разрушения. Быстрое разрушение, остановка трещин

среднее сопротивления росту трещины по длине трещины, и, в-третьих, исследуемые материалы не полностью однородны.

Явление старт — остановка трещины происходит в не­ сколько стадий.

Стадия I. В обычных образцах рост трещины начинается из точки на фронте предварительно созданной трещины и лишь постепенно фронт распространяющейся трещины ста­ новится прямолинейным, характерным для распространения

Рис. 5. Схематическое изображение стадии (I) процесса старт — остановка трещины, полученное на основе исследований изломов и измерений ско­ рости трещины. ! — точка инициирования разрушения; 2 — фронт уста­ лостной трещины; 3 — последовательные положения фронта трещины; 4 — характерные следы на поверхности излома.

в условиях плоской деформации (рис. 5). Как отмечалось Ир­ вином [7J, сопротивление росту трещины во время этого пе­ риода может отличаться от величины, соответствующей пло­ ской деформации. На рис. 5 схематически показано, что раз­ мер трещины на стадии I сопоставим с нетто-толщиной образца В п.

Стадия II. На второй стадии трещина распространяется, имея прямолинейный фронт, соответствующий условиям пло­ ской деформации. Однако и здесь сопротивление росту тре­ щины всех, за исключением однородных, материалов будет изменяться вдоль пути трещины, и трещина может остано­ виться преждевременно, если войдет в нетипично вязкую об­ ласть. Измеренная трещиностойкость будет тем точнее отра­ жать среднее сопротивление материала росту трещины, чем больший объем материала пересечет трещина на своем пути.

Стадия III. В двойных образцах трещина, прежде чем она войдет в исследуемый материал, распространяется по старто­ вой части и сварному шву (зона сплавления имеет ширину

сопротивление разрушению. И поэтому еще предстоит выяс­ нить, будут или нет значения К\а или Кю, измеренные иа ДКБ или других лабораторных образцах, достаточно точным от­ ражением поведения трещин в больших элементах конструк­ ций.

ВЛИЯНИЕ МЕТОДА НАГРУЖЕНИЯ

Когда сила, движущая трещину, всецело определяется энергией упругой деформации, запасенной в образце к мо­ менту начала процесса, то скорость трещины и проходимый ею в образце путь однозначно связаны с трещнностойкостыо Кю и геометрией образца. В этом случае измерения скорости трещины или длины трещины после остановки достаточно для определения KD на основе динамического анализа процесса. Но если образец может снабжаться энергией во время скачка трещины благодаря взаимодействию с испытательной маши­ ной, то и движущая сила, и длина скачка трещины могут измениться. Без учета этого дополнительного вклада энергии величина K D, определенная по длине остановившейся трещи­ ны, будет содержать ошибку, которая должна приводить к приуменьшению трещиностойкости. Влияние взаимодействия с машиной для конкретных нагружающих устройств может быть оценено на основе существующего динамического ана­ лиза, если известно движение точек приложения нагрузки к образцу [10]. Однако на практике трудно точно определить параметры этого движения.

В данном разделе представлены результаты, которые по­ казывают, что перемещения точек приложения нагрузки до­ статочно сложные и что в некоторых случаях они становятся настолько большими, что могут вызвать дополнительное уве­ личение длины трещины. В частности, экспериментальные результаты для сравнительно податливых систем нагружения в условиях растяжения сопоставлены с результатами, полу­ ченными для более жесткого нагружения клином. Хотя на­ гружение клином уменьшает амплитуду перемещения точек приложения нагрузки, в обеих системах нагружения проис­ ходит обмен значительной энергией. Описано также нагру­ жающее устройство с клином, обладающее большей динами­ ческой жесткостью. Это устройство обеспечивает значительно меньшее перемещение нагружающих пальцев. На основе это­ го может быть предложена методика оценки K D д л я самых разнообразных условий испытаний, в которой не учитывается взаимодействие машины и образца. Она будет рассмотрена розже,

Рис. 7. Зависимости прироста трещины Да и перемещения плеч образца 6а от времени t. а — обычный образец G-2 из стали А533В, испытанный при —78 °С при растяжении на обычной испытательной машине. Приве­

511,5 кН; перемещение плеч образца было настолько значительным, что плечо коснулось датчика перемещения: на рисунке этот момент показан вертикальной стрелкой. Горизонтальными стрелками показана длина оста­ новившейся трещины.

что. Как и раньше, образец нагружается клином, перемеща­ ющимся между силовыми пальцами под действием внешней силы. Однако противодействующая сила прикладывается непосредственно к этим пальцам при помощи опорных стоек, закрепленных на нижней опорной плите испытательной ма­ шины. Чтобы освобождение упругой энергии в пальцах не приводило к ускорению образца с последующим саморасклиниванием, над ними располагались две балки, расстояние ко­ торых до пальцев очень мало (0,2 мм). Эти балки закреплены на опорных стойках и поэтому ограничивают вертикальное

^ 40

20

о

l,mc

Рис. 9. Зависимости прироста трещины Да и перемещении плеч образца бл, полученные при испытании образца DA-15 с помощью устройства, по­ казанного на рис. 8. Сплошные кривые — это перемещение обоих нагру­ жающих пальцев образца Стрелка показывает длину остановившейся трещины.

движение образца. Мы называем это приспособление «огра­ ничивающим» устройством.

На рис. 9 показаны кривые роста трещины и движения пальцев, полученные во время испытания двойного образца

рушающая нагрузка была сравнительно высока, движение

рис. 7, в). В целом проведенные за последнее время испытания показали, что применение описанного приспособления умень­ шает максимальную амплитуду движения точек приложения силы в два-три раза по сравнению с получаемой при обычном нагружении, клином.

Таким образом, описанное нагружающее устройство в значительной мере изолирует образец от испытательной ма­ шины. Его преимущества позволяют реализовать методику определения Кш по измерениям расстояния, пройденного трещиной в сочетании с результатами, получаемыми из рас­ смотрения динамической модели.