8. Разрушение на предельных нагрузках.
Конструирование необходим расчет по пластическим предельным нагрузкам. По теории – условия равновесия сил, совместимости, соотношения связывающие поле напряжений и деформаций, поле перемещений (скоростей) с соответствующим полем деформаций (скоростей деформации). Если не учитывать уравнение равновесия и изменение геометрии, то потеря несущей способности (непрерывное пластическое течение) происходит при постоянной нагрузке и постоянном напряженном состоянии. Несущую способность определяют по нижней и верхней оценке:
Нижняя оценка – тело не теряет несущей способности, если можно найти равновестное распределение напряжений, которое уравновешивает приложенные нагрузки и всюду находится ниже или равно пределу текучести.
Верхняя оценка – тело теряет несущую способность, если существует удовлетворяющее условиям совместимости поле пластических деформаций, для которого скорость, с которой производится работа внешними силами, равна или превосходит скорость внутренней диссипации.
Максимальная нижняя оценка = пластической предельной нагрузке (σ)ys.
Тело не выдержит, если существует допустимый путь разрушения. Верхняя оценка – значение предельных пластичных нагрузок (без запаса).
Следствие нижней границы: остаточные, температурные, либо начальные напряжения или отклонения не влияют на пластические предельные нагрузки.
Если разрушение идет ниже предельной, это хрупкое или квазихрупкое.
Если материал испытывает деформационное упрочнение, то ни наличие пустот, ни включений не может сильно влиять на предельную нагрузку.
Если не упрочняется, то с увеличением объемной доли включений и отверстий предельная деформация уменьшается.
9. Физические аспекты разрушения
Классификация видов разрушения определяется взаимосвязью пластической деформации и разрушения.
1.если скорость разрушения на всех стадиях повреждения контролируется пластической деформацией с энергией активации Uo = (Uo)τ, то разрушение – вязкое, если скорость процесса контролируется разрывом межатомных связей с энергией активации Uo = (Uo)σ, то разрушение хрупкое. Квазихрупким считают разрушение, скорость которого на стадии зарождения контролируется процессами разрыва межатомных связей с энергией активации Uo = (Uo) σ, а распространение – пластической деформацией Uo = (Uo)τ. Если на стадии зарождения контролируется пластической деформацией Uo = (Uo)τ, а распростанения - процессами разрыва межатомных связей с энергией активации Uo = (Uo) σ, то – квазивязкое.
Учитывается структурный признак: по границе зерен или субзерен или по телу зерна или субзерна.
Тугоплавкие Ме – квазихрупкое разрушение по телу зерна. Для крупнокристаллического Мо при низкой температуре – хрупкое разрушение по границам зерен, для сильно деформированного (взрывом) с ячеистой дислокационной структурой – хрупкое разрушение по границам субзерен. Межкристаллитное хрупкое разрушение – следствие ослабления сцепления по границам зерен или выделение сегрегаций на поверхности зерна. Вязкое разрушение с ямочным рельефом у тугоплавких Ме при ↑ ТС (Мо~850ºС). Наличие текстуры – комбинированные типы разрушения (анизотропия разрушения) вдоль кристаллографических плоскостей – скол, поверхность скола может пересекаться межкристаллитными трещинами. Расслоение – разрушение по границам зерен или субзерен.
Анизотропия свойств Мо вызывает в определеном направлении повышение Тх и привести к катострофическом разрушению при больших нагрузках. В малопластичных Сr, Мо – 45 или 90º в направлении прокатки хрупкость, что связано с концентрацией элементов внедрения, сегрегацией. Обусловлено деформационным упрочнением, растворимостью элементов внедрения, их выделением, различной температурой рекристаллизации. Для сталей:
Транскристаллитный скол при низких Т ºС (низкоуглеродистые стали).
Интеркристаллитный скол у низкоотпущенных (400 ºС) и свежезакаленных сталей со средним и высоким % С
Квазискол – высокопрочные стали с высоким % С
Чашечный и микровязкий механизм разрушения (↑ ºС).
Скорость процесса разрушения на всех стадиях контролируется пластической деформацией с энергией активации Uo(τ) – вязкое разрушение
Скорость процесса разрушения контролируется разрывом межатомных связей с энергией активации Uo(σ) – хрупкое разрушение
Скорость зарождения трещины контролируется энергией активации Uo(σ), а распространение – энергией Uo(τ)-квазихрупкое разрушение
Скорость зарождения трещины контролируется энергией активации Uo(τ), а распространение – энергией Uo(σ)-квазивязкое разрушение
10. Механизм роста и распространения трещин Критерий разрушения основывается на физических моделях. Строятся, зная механизмы разрушения. Три типа разрушения, различаемые по характеру распространения трещины. А – скол, усталостное растрескивание, корро-зионное растрескивание под напряжением, растрескивание под действием жидк. Ме. Процессы с↓ поглощением энергии. Хрупкое разрушение, уста-лость Ме. На микроуровне ↑ размера пластичной зоны. Относится к процес-су распространения трещин при ↓ деформациях. Каждая трещина имеет свой фронт распространения.(по свободной наружной поверхности). В – слияние микропустот, квазискол, водородное растрескивание. Процессы со средним уровнем поглощения энергии. Механические разрушения от перегрузок. Увеличение К1 для роста трещины при ↓ σ. Влияют заглубления свободных поверхностей, обеспечивающих раскрытие трещины. Влияют компоненты диффузии. С – скольжение (сдвиг), вытягивание. Процессы с ↑ уровнем поглощения энергии. Вязкое разрушение. ↓ влияния ориентации кристаллов. ↓ деформации. Влияют внешние условия. Фронт распространения сохраняется.
Содержатся рядом участки, разрушаемые по различным механизмам. Одновременное действие нескольких механизмов.
11. Пластическая зона у вершины трещины. Форма зоны пластичности Форма зоны пластичночти: По условию Треска, текучесть наступает, когда максимальное касательное напряжение превышает 0,5 предела текучести при сдвиге τ = σys /2.
Условие текучести Мизеса в главных напряжениях задано соотношением
Поле напряжений при вершине трещины:
Граница зоны пластичности:
Зависимость расстояния от вершины трещины до границы зоны пластичности
Для плоской деформации
