книги из ГПНТБ / Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла

112

разцов это отношение равно 0,589. Влияние хт на сплош­ ные образцы несколько больше, чем на полые. ха оказы­ вает на скорость роста примерно в 2 раза более сильное влияние, чем ат- Следует отметить, что влияния сжима­ ющих Стт на скорость роста трещин не обнаружено.

Скорость роста трещин зависит от максимального значения /(max и АК, причем чувствительность к влиянию

зависит от Лшах, а выше этой величины А/С скорость ста-

кг/т3,г

0,1it

0J6

!

0,18

падает с заметным отходом от плоско-деформированно­

114

жениями в материале. Мягкая сталь, обычно нечувстви­ тельная к средним напряжениям цикла, приобретает та­ кую чувствительность после холодной прокатки.

Аналогичные результаты были получены па образцах бериллиевой бронзы после упрочняющего старения. Из­

рость роста трещин, является коэффициент интенсивнос­ ти напряжений К- Согласно линейной теории упругости при двухосном напряженном состоянии напряжения, па­ раллельные трещине, не изменяют напряженного состо­ яния и потому считается, что они не должны влиять на усталостную прочность и вязкость разрушения. При от­ сутствии пластичности в вершине трещины К может быть рассчитано по линейной теории упругости. Однако в ре­ альных материалах вблизи трещины возникает сложное напряженное состояние и пластическая зона. При нали­ чии пластичности Ирвин и другие предложили корректи­ вы при расчете вязкости разрушения.

Теория максимальных напряжений может быть при­ менена в предельном случае, когда размеры пластичес­ кой зоны приближаются к нулю, т. е. для совершенно хрупкого материала. Если необходимо вводить поправку

на пластически деформированную зону, теория макси­ мальных напряжений не может быть использована, по­ скольку размер пластической зоны зависит от общего напряженного состояния. В этом случае применима тео­ рия максимальной энергии формоизменения, согласно которой эквивалентные напряжения равны (при ст3=0)

какое состояние преобладает — плоско-деформированное или плоско-напряженное. Двухосное напряженное состояние изменяет гео­ метрические параметры трещины. Установлено, что при соотношении (ах/ау=0,25 у алюминиевых образ-

916

I ь.ов

Возникновение

трещина/

О 2 6 8 10 12 Число циялод, NW3

Рис. 50. Образцы для испытаний при различной степени дпухосиостн напря­ женного состояния (а) и рост усталостных трещин в указанных образцах (б)

цов и Ох/оу—1 у образцов плексигласа вязкость разру­ шения увеличивается на 25%.

Влияние двухосного напряженного состояния при соотношении главных напряжений 1:1, 1 : 0,86 и 1 : 0,75 (серии А, В и С) исследовано на круглых и эллиптичес­

116

• Скорость роста трещины имеет наибольшее значение приСт2= сті (серия А). С уменьшением этого отношения наблюдается пропорциональное уменьшение скорости роста трещин (рис. 50, б). Расчет значении эквивалент­ ных напряженийпроизводили по приведенной выше фор­ муле. Третье главное напряжение не учитывали из-за его малости. Если эффект двухосности учитывать по те­ ории максимальной энергии формоизменения, сущест­ вует тесная корреляция между скоростью роста трещин и коэффициентом концентрации напряжений. Величины напряжений устанавливали тензометрированием, вы­ полненным при отсутствии трещин (для получения срав­ нительных результатов такой прием вполне допустим).

Уменьшение скорости роста трещин при двухосном напряженном состоянии установлено при испытании лис­ товых образцов крестообразной формы с щелевидным надрезом в центре образца. Материал образцов — алю­ миниевые сплавы 6061-Т4 и 6061-Т6 и плексиглас.

3.ВЛИЯНИЕ ПЕРЕГРУЗОК, НЕДОГРУЗОК

ИСТУПЕНЧАТОГО НАГРУЖЕНИЯ

П е р е г р у з к и р а с т я ж е н и е м . Влияние одно­ кратных перегрузок растяжением на рост трещин в пло­

кривая роста приобрела ступенчатый вид. Сразу же пос­ ле перегрузки трещина росла с неизменной скоростью, но после прохождения всего 0,3—0,5 мм скорость ее резко уменьшалась. Впоследствии скорость роста трещины снова увеличивалась. В результате одноразовых дву­ кратных перегрузок живучесть резко—примерно в 5 раз возросла ,(рис. 51) [49]. Чем выше напряжение перегруз­ ки, тем больше замедляется скорость роста трещин и увеличивается живучесть (рис. 52). Этот процесс проис­ ходит до тех пор, пока после достаточно большой пере­ грузки трещина вообще перестает расти (это один из

117

случаев превращения растущей трещины в неразвиваю­

*.âû

6,4 мм). Влияние циклов перегрузки оценивали: 1) по числу циклов последующего нагружения до разрушения на низкой ступени нагружения и 2) по эквивалентному числу циклов, необходимому для развития трещины рав­ ной длины при постоянной амплитуде [50].

Для анализа скорости ростатрещин принимали во внимание концентрацию напряжений в вершине трещи­ ны ас т сгпетто с учетом того, что оба параметра изменяются по мере роста трещины:

118

По результатам испытания алюминиевых образцов установлено:

а) циклы с более высокими напряжениями снижают скорость роста трещин на более низком уровне тем в большей степени, чем больше аа о"н е т т о (рис. 53) ;

б) в течение ^ 1 0 перегрузок происходит постепенное уменьшение скорости роста трещин, которое затем

(1—многократное первоначальное, 2—однократное вы­ сокое среднее и 3— многократное низкое заключительное нагружение) циклическое нагружение перед однократ­ ной перегрузкой может существенно задержать рост' тре­ щины на последующем .(третьем) ' более низком уровне нагрузок. Чем выше первоначальная перегрузка при постоянной средней перегрузке, тем больше замедляется рост трещин на заключительном этапе нагружения-.

Таким образом, при наличии начальных усталостных трещин или острых концентраторов напряжений конст­

ность, замедлив скорость роста трещин и увеличив дли­ тельность периода живучести. Замедление в развитии

119

трещин в результате перегрузки вызвано изменением кон­ фигурации вершины трещины и созданием упрочненной зоны (с сжимающими остаточными напряжениями) не­ посредственно у вершины трещины.

Для практической реализации этой возможности не­ обходимо, чтобы материал обладал достаточной склон­ ностью к формоизменению, а объемность напряженного состояния на фронте роста трещины позволяла прохож­ дение пластической деформации. В связи с изложенным

s г

120