очень хорошо согласуется, как видно из рис. 12, с резуль­ татами, полученными методом коллокаций. Коэффициент интенсивности напряжений, полученный с помощью метода коллокаций, приводится на рис. 12 как функция от а/w для линейного и билинейного распределений нормального напря­ жения вдоль центральной линии. Из этих результатов был

а/ш

Р и с . 12. Сравнение влияния линейного и билинейного распределения на­ пряжений, действующих вдоль центральной оси образца, на безразмерный коэффициент интенсивности напряжений, а; = 95 мм, Н = 25 мм; • — дан­ ные, полученные методом фотоупругости.

сделан вывод, что коэффициент интенсивности напряжений можно записать в виде

Ки = оаш при 0,3 < a/w < 0,7, Ки = 1,08аа1/2 при a/w = 0,8

с точностью до 2%. Конечно, эти значения интенсивности напряжений справедливы только для конкретных размеров образца.

Испытания и результаты

После завершения изучения образца CS усилия были на­ правлены на экспериментальное исследование характеристик разрушения в условиях поперечного сдвига (тип II) ряда алюминиевых и титановых сплавов и сталей. Использовались

образцы двух геометрий, слегка отличных от геометрии «фотоупругого» образца размерами Н = 28 мм и w = 63,5 или 76,2 мм. Меньшая величина w бралась с целью уменьшения разрушающей нагрузки. Был сконструирован и изготовлен комплект механических захватов для изучения разрушения типа II, таких, что смещения могли быть измерены с по­ мощью стандартного датчика в виде скобы, используемого в испытаниях на разрушение образцов с трещиной. Методика эксперимента была составлена таким образом, чтобы следо­ вать как можно точнее техническим условиям ASTME399 испытаний на трещиностойкость в условиях нормального от­

держиваются той точки зрения, что изотропные конструк­ ционные материалы не будут разрушаться в направлении ма­ ксимального сдвига. Однако для всех материалов со средней и высокой трещиностойкостыо, которые были испытаны в ходе этой исследовательской программы, разрушение про­ исходило неустойчиво по плоскости максимального сдвиго­ вого напряжения (вдоль плоскости начальной трещины или вблизи нее). В большинстве случаев направление роста тре­ щины отклонялось от плоскости максимального сдвига мень­ ше чем на 5° Поверхности разрушения этих образцов были намного более гладкие и блестящие, чем поверхности при разрушении типа I для того же материала. Обе эти особен­ ности, как было установлено последующим исследованием, обусловлены шлифующим действием, которое одна поверх­ ность оказывает на другую в результате параллельных сме­ щений, связанных со скольжением. Многие поверхности разрушения были изучены с помощью оптического и скани­ рующего микроскопов. Был сделан вывод, что основным меха­ низмом разрушения является сдвиговая коалесценция микро­ пустот, а также, что шлифовка поверхностей имеет место главным образом при неустойчивом распространении тре­ щины, а не в процессе зарождения трещины [29]. Фотогра­ фия типичной поверхности разрушения типа II показана на рис. 13.

Табли ца 2

Сравнение величин трещиностойкости по отношению к разрушению типа I и типа II для нескольких конструкционных материалов

О Оценочный диапазон величин.

так что не ясно, можно ли применять критерий линейной механики разрушения к испытаниям по разрушению типа II на этом материале.

Результаты испытаний р-титанового сплава Ti — 6А1 — 4V являются типичными для результатов, представленных в табл. 2, и показывают, что величина Кис обычно на 15— 20% ниже соответствующего значения К\с> Испытания на титановом сплаве показали, что пластичность проявляется в очень ограниченных масштабах, так что, вероятно, их ре­ зультаты можно правильно трактовать с помощью методов линейной механики разрушения.

когда нагрузки, примененные к конструкции, вызывают по­ перечный сдвиг. Кроме того, представляется, что для опре­ деленных сплавов неустойчивое разрушение типа II, проис­ ходящее путем скольжения, может иметь место при меньшем значении коэффициента интенсивности напряжений, чем в случае разрушения типа I, происходящего путем отрыва. Кроме того, представляется также, что разрушение типа II является очень серьезной технологической проблемой для анизотропных и композиционных материалов.

Благодарности

Авторы выражают признательность за частичную финан­ совую поддержку Центру исследования Лэнгли NASA (по контракту NGR 09-010-053) и Управлению военно-морских исследований (по контракту NR064-Navy-0014-67-A-0214- 0018).