4.6 Влияние вида напряженного состояния н а несущую способность конструкций

Рис. 4.17. Изменение зоны пластичности с нагрузкой в плите и тонкой пластине

Рис. 4.18. Утонение плоского образца в связи с развитием пластической деформацией

Надо сказать, что не только вид напряженного состояния оказывает влияние на величину зоны пластичности, существует и обратная зависимость, может быть, не столь жесткая. Если в толстой пластине размер зоны пластичности практически не влияет на вид напряженного состояния в основной части ее объема (рис. 4.17), то при сопоставимом с толщиной пластины Н размере зоны пластичности наблюдается «утяжка» материала; при этом вид напряженного состояния приближается к п лоскому (рис. 4.18).

Рис. 4.19. Максимальная критическая нагрузка соответствует пластинам с напряженным состоянием переходного типа

П римечателен следующий экспериментально установленный факт: наибольшей несущей способностью (о которой можно судить по критической – разрушающей – нагрузке F_c) обладают пластины с трещиной, в вершине которой реализуется напряженное состояние переходного типа (рис. 4.19). Подумайте, чем это можно объяснить? Как в этом случае будет выглядеть зависимость _c (Н) критического напряжения от толщины пластины?

4.7 Экспериментальное определение вязкости разрушения. Силовой подход к оценке трещиностойкости элементов конструкций

С изменением приложенных к системе нагрузок и длины трещины изменяется и коэффициент интенсивности напряжений. Очевидно, предельному состоянию конструкции будет соответствовать достижение КИНом некоторой критической величины, зависящей от геометрических параметров объекта и свойств материала. Таким образом, возникает проблема получения спе цифической прочностной характеристики материала, определяющей его сопротивление хрупкому разрушению – так называемой вязкости разрушения K_Ic (критического значения КИН) (не путать с ударной вязкостью). Как уже было сказано, индексом «с» отмечаются критические (соответствующие моменту страгивания трещины) значения того или иного параметра.

Оборудование и образцы для определения вязкости разрушения

К настоящему времени разработаны и введены в действие национальные и отраслевые нормативные документы, регламентирующие порядок экспериментального определения характеристик трещиностойкости материала, например, межгосударственный стандарт ГОСТ 25.506–85 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении» [4], стандарт ASTM (American Society for Testing and Materials – американской международной добровольной организации, разрабатывающей и издающей стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг), британский национальный стандарт и др. Эти документы устанавливают типы образцов, условия их изготовления и подготовки к испытаниям, требования к условиям испытаний, оборудованию и регистрирующей аппаратуре, а также определяют порядок обработки экспериментальных данных и устанавливают критерии корректности получаемых результатов. В частности, механическая часть испытательной установки должна обладать высокой жесткостью и способностью развивать высокие усилия. Регистрирующая аппаратура должна обеспечивать фиксацию усилий и небольших по величине перемещений, изменяющихся с высокой скоростью. На рис. 4.20 показаны испытательные машины, представляющие крайние по развиваемому усилию позиции в линейке производственной программы фирмы MTS Systems (США).

Российским ГОСТ 25.506–85 предусматривается использование образцов нескольких типов, некоторые из них представлены на рис. 4.21. Ниже приведены выражения для коэффициента интенсивности напряжений двух наиболее распространенных в практике экспериментальных исследований образцов – компактного

или

и в виде балки для испытания в условиях трехточечного изгиба

или

,

Рис. 4.20. Испытательное оборудование фирмы MTS Systems малой и большой мощности для определения характеристик трещиностойкости на образцах различного типа

а также цилиндрический образец с круговым надрезом.

После изготовления образцов, перед тем, как приступить к испытаниям, в вершине стартовой выточки шевронной формы (рис. 4.21) выращивают усталостную трещину, причем во избежание «притупления» ее кончика (образования зоны пластичности недопустимой величины) ограничивается максимальное в цикле значение КИН

K_{I max}  0,6 K_Ic.

Рис. 4.21. Плоский, компактный, в виде балки для испытания при трехточечном изгибе и цилиндрический образцы для определения характеристик трещиностойкости материала; конфигурация стартовой шевронной выточки

О пределенные ограничения накладываются также на длину начальной трещины и на форму ее фронта.