книги / Практическое применение механики разрушения для оценки прочности конструкций

Р и с . 59 . Система координат у кончика трещины и направление интеграла по контуру Г

тод применяют для анализа локальной текучести (зоны концентрации” напряжений, зоны с остаточными сварочными напряжениями) и в слу­ чаях, когда не представляется возможным измерить действительные-

лей для толщин, которые представляют практический интерес, часто т достигает положительных результатов, за исключением весьма низких температур, не являющихся рабочими для многих конструкций. На ди­ аграмме деформирования (см. рис.3 3 ) диапазон АВ соответствует механике разрушения в условиях общей текучести. Зтот диапазон ха­ рактерен для большинства низко- и среднепрочных конструкционных сталей обычно используемых толщин. Для мягких сталей картина иног да усложняется в связи с влиянием скорости деформирования, увеличе ние которой может привести к образованию бегущей хрупкой трещины даже в тех случаях, когда начальное разрушение было вызвано мед­ ленной деформацией у дефекта [1 0 2 ].

Необходимо рассмотреть основные предпосылки механики разруше­ ния в условиях общей текучести, связанной с понятием критического раскрытия трещины, которое зависит от свойств материала, темпера­ туры эксплуатации, скорости деформирования и толщины элемента кон­ струкции.

Когда пластическая зона существенно мала по сравнению с длиной

текучести в виде тонкой полосы, продолжающей трещину в бесконечно плите с центральной трещиной длиной 21 , растягиваемой в равномер ном поле напряжений (рис. 6 0 ) . Под влиянием напряжения 6 щель удлинится до размера 2 С и раскроется до размера 8 . Одновременно удлинение и раскрытие щели сдерживается вследствие равномерно ра

Если разложить в ряд элементы уравнения ( Ш. 2 4 ) и взять первые члены, то оно принимает вид

связывает число циклов до разрушения с критическим раскрытием тре­ щины.

Здесь геометрия тела и форма трещины отражаются через коэффициент

начального дефекта в тонкостенном сосуде из высокопрочной стали, который разрушился после четырех циклов нагружения. С расчетными значениями практически совпали как размер начального дефекта, так и давление при разрушении.

Таким образом, закономерности линейной механики разрушения и механики разрушения в условиях общей текучести структурно совпада­ ют как при статическом, так и при циклическом нагружении.

В условиях общей текучести решено ограниченное число задач, свя­ зывающих величину раскрытия трещины, действующее напряжение и размер дефекта. Так, Фолиас [ 1 0 8 ] приводит эту зависимость для цилиндра в виде

щей в изломе. В случае медленного подрастания трещины, что харак­ теризуется увеличением вязкой составляющей в изломе, разброс зна­ чений РТ увеличивался.

На испытанных образцах не были получены устойчивые зависимости по результатам сравнения измеренных значений РТ, поперечного сжг*- тия у вершины трещины и угла изгиба. Поэтому не представлялось возможным использовать два последних параметра для оценки РТ.

Выполнение указанной совместной программы позволило разработать практические рекомендации для проведения испытаний с целью опреде­ ления РТ, которые в основном повторяют требования к изготовлению образцов, нанесению в них усталостных трещин, к датчикам, оборудо­ ванию и условиям испытаний, изложенные в работе [7 9 ] , за исклю­ чением отдельных особенностей, которые описаны ниже. Испытаниями определяются величины смещения, регистрируемые скобовым датчиком при разрушении образцов или проявлении нестабильности, и связанные с ними раскрытия у вершин трещин. В рекомендациях предлагается использовать только один тип образца для сосредоточенного изгиба, который приведен на рис. 62 .

Показано, что значительно проще усталостную трещину наносить от прямого надреза, но, чтобы избежать появления нескольких трещин, ра­

Выявлены три типа диаграмм сила—смешение, получаемых при ис­ пытаниях на разрушение изгибных образцов с трещиной.

1. Кривая сила-смещение плавно поднимается, когда нагрузка воз­ растает с увеличением смещения до момента нестабильного разруше­ ния. В этом случае критическое смещение определяется в точке диагьраммы, соответствующей максимальной нагрузке, и включает упругую и пластическую составляющие. Если разрушение наступило вблизи ли­ нейной области, следует использовать правило 5%-ной секущей для проверки, не было ли измерено действительное значение

2. Иногда диаграмма сила-смещение после линейного участка ха­ рактеризуется областью с падающей или постоянной нагрузкой, за ко­ торой следует зона возрастания нагрузки до разрушения. В таком случае критическим смещением считается общее смещение до появле­ ния нестабильности.

3. Кривая сила-смещение проходит через максимальную точку, и увеличение смещения наблюдается при падении нагрузки. В этом слу­ чае критическое смещение определяется по точке, в которой начинеьется подрастание трещины. Предварительно величину критического сме­ щения следует определять по достижению максимальной нагрузки.

Как правило, к этому моменту уже происходит некоторое* подрастание первичной трещины. Поэтому желательно, чтобы второй образец был нагружен усилием, меньшим, чем максимально достигнутое, а затем разгружен и разрезан вдоль, что дает возможность убедиться в под­ растании трещины. Если подрастание обнаружено, последующие образ-

цы должны нагружаться с еще меньшим усилием, чтобы после разгружения и разрезки образцов определить действительную силу, при кото­ рой начинается подрастание трещины в исследуемом материале, а сле­ довательно, и смещение. Для определения момента подрастания трещи­ ны с успехом могут быть применены методы электрической и акусти­ ческой эмиссии.

Полученные одним из упомянутых методов критические смещения Vc используются затем для определения истинных критических рас­

ны трещины до центра вращения к размеру сплошного сечения образца. Чтобы получить правильные значения 8С > необходимо особое внима­ ние обращать на точное определение коэффициента вращения. Примени­ тельно к образцам для испытаний на изгиб первоначально предполага­ лось, что шарнир, вокруг которого происходит изгиб образца, находит­

показывающим изменение профиля надреза при увеличении нагрузки, причем на каждой стороне надреза были нанесены отпечатки прибором для измерения твердости. Некоторые образцы нагружались до усилия, предшествующего разрушению, и разрезались посередине толщины для оценки ошибки, связанной с измерением расстояний между отпечатками 100