Трещиностойкость пм, пкм, впкм.

1. Качественные критерии - удельная ударная вязкость, α_к:

а) по Изоду без надреза (Izod impact strength, schlagzahigkeit nach Izod), Дж/м no ISO 180/1U; 180:2000;

б) no Изоду с надрезом (Izod notched impact strength, Kerbschlagzahigkeit nach Izod), Дж/м no ISO 180/1 A, ASTM D 256

в) по Шарпи без надреза (Charpy impact strength, schlagzahigkeit nach Charpy), кДж/м² no ISO 179/leU; DIN 53453; ГОСТ 4647-80;

г) по Шарпи с надрезом (Charpy notched impact strength, Kerbschlagzahigkeit nach Charpy), кДж/м² no ISO 179/ leA; а, б, в, г - образцы 80x10x4 мм, определение а_к при 23°С и-30°С; в России - по ГОСТ 4647-80

д) вязкость при ударном растяжении (tensile impact strength, schlagzugzahigkeit), мДж/мм² no ASTM D 1822, ISO 974:2000.

2. Для характеристики ударной вязкости, трещиностойкости, анализа разрушения матриц и ПКМ используют концепции ЛУМР (линейной упругой механики разрушения).

Критерии ЛУМР γ_F, G_Ic, К_Ic (растяжение трещины за края), G_IIc, К_IIc (передний сдвиг краев трещины в плоскости), G_IIIc, К_IIIc (передний сдвиг краев трещины в антиплоскости) позволяют провести расчет максимальных нагрузок, которые выдерживают конструкции с учетом дефектов и трещин.

γ_F - поверхностная энергия разрушения - минимальное количество энергии, затрачиваемое на образование единицы поверхности трещины, Дж/м².

G_c - энергетический параметр трещинодвижущих сил, интенсивность высвобождения упругой энергии при увеличении дефекта, отнесенная к площади поверхности трещины, Дж/м².

К_с - коэффициент интенсивности напряжений (более удобен для расчетов и проще

определяется экспериментально), МПа/м^0,5, МПа/мм^0,5, МН/м^3/2, кгс/м^3/2.

Поля напряжений в окрестности вершины трещины принято делить на 3 основных типа и обозначить цифрами I, II, III.

Основные типы нагружения твёрдых тел с трещинами

Тип I Тип II Тип III

Нормальный отрыв Поперечный сдвиг Продольный сдвиг

Для характеристики трещиностойкости ПМ и ПКМ (и использования G_c и К_с для расчетов) необходимо получение обобщенных температурно-скоростных зависимостей параметров трещиностойкости (принцип температурно-временной аналогии). Критерии γ_F, G_c, К_с позволяют провести расчет максимальных нагрузок, которые выдержат конструкции с учетом дефектов и трещин, зафиксированными неразрушающими методами контроля.

По теории ЛУМР для линейно-упругих изотропных материалов, имеющих структуру матричных дисперсий с дефектом α, критическое разрушающее напряжение

σ_крит= (1)

так как 2γ_F = G_c , 2γ_F ^. E=K²_c , то σ_крит = K_c , G_c= K²_c / E^* , E^*=E, E^*=E/1- ² ( _- коэффициент Пуассона) для плосконапряжённого состояния.

При растяжении трещины за края G_Ic= K_Ic ^.

Использование критериев ЛУМР, характеризующих трещинностойкость, вязкость рарушения ВПКМ позволяет рассчитывать, используя ряд допущений, конструкции из ВПКМ. Специфика расчётов заключается в том, что ВПКМ являются не линейно-упругими, а вязкоупругими (или вязкопластичными) материалами.

Расчёты (см. формулу 1) показывают, что для обеспечения работоспособности мало- и средненагруженных конструкций (σ_крит ≤ 1ГПа) необходимы материалы с G_Ic=250-350Дж/м², для сильнонагруженных конструкций (σ_крит >2-2,5ГПа, авиационные стали) необходимы материалы с G_Ic≥1000Дж/м².

Определение критериев трещиностойкости ЛУМР проводят по ISO 13586 (Determination of fracture touchness G_1c, K_1c) и ISO 15024 (для однонаправленных ВПКМ определяют G_ic и интеграл Райса, mode J).

Для практических целей используют показатели трещиностойкости, характеризующие остаточную прочность ПМ и ПКМ при сжатии после ударной нагрузки (CAI - compression after impact) с энергией 3,3; 4,5; 6,7; 9,0 кДж/м (CAI_3j3, CAI_4j5, CAI₆,₇, CAI₉, - стандарт 7260 фирмы Boeing США) и 265 Дж/м² (стандарт фирм Boeing и Nortrop, США). Основными способами повышения трещинностойкости ВПКМ является использование матриц в виде эластицированных гетерофазных композиций с эластичными микроразмерными наполнителями.