Раздел 4. Характеристики статической трещиностойкости

Характеристики статической трещиностойкости определяют способность образца или элемента конструкции сопротивляться развитию трещины при однократном нагружении. Графически процесс развития трещины показан на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12

Характеристики статической трещиностойкости выражаются в терминах коэффициента интенсивности напряжений (КИН).

, где:

К - КИН,

а – полудлина (для образцов с центральной трещиной) трещины,

- напряжение,

Y - поправочный множитель, определяемый в зависимости от геометрии образца или элемента конструкции и вида трещины.

При определении характеристик трещиностойкости различают шесть видов ориентации образца по отношению к направлению прикладываемой нагрузки и направлению прокатки (рис.4.13).

Рисунок 4.13

По типу напряженного состояния перед вершиной трещины различаются два вида характеристик статической трещиностойкости:

- трещиностойкость при плоско-напряженном состоянии (для обшивочных, листовых материалов) K_с^у;

- трещиностойкость при плоско-деформированном состоянии (для массивных элементов или для трещин, значительно меньших любого из характерных габаритных размеров элемента конструкции) K_1с.

Такое разделение обусловлено тем, что статическая трещиностойкость зависит от толщины образца. С увеличением толщины наблюдается ассимтотическое приближение величины статической трещиностойкости к минимальному значению, которое называют вязкостью разрушения, или трещиностойкостью K_1с. На рисунке 4.14. приведен график, показывающий изменение величины статической трещиностойкости в зависимости от толщины образца.

Рисунок 4.14

4.1. Характеристики статической трещиностойкости в условиях плоской деформации

Характеристики статической трещиностойкости К_1с в условиях плоской деформации (_z=0, _z0) определяются на специальных образцах в соответствии с нормативными требованиями. Для определения K_1с наиболее часто используют компактный образец (рис. 4.15б) или образец на трехточечный изгиб (рис. 4.15а).

Рисунок 4.15

Значение K_1с по результатам испытаний компактного образца вычисляют по формуле:

K_1с = P_Q/(BW)^1/2 f(a/w), где

f(a/W) = (2+a/W)(0.896+4.64a/W-13.32a²/W²+14.72a³/W³-5.6a⁴/W⁴)/(1-a/W)^3/2

P_Q- усилие разрушения.

4.2 Характеристики статической трещиностойкости при плоском напряженном состоянии

Характеристики статической трещиностойкости при плоском напряженном состоянии (_z0_; _z=0) определяются величиной K_с^у:

Поправка Y для образцов типа “пластина с центральной трещиной”, на которых обычно определяется характеристика K_с^у, равна:

, где:

a₀/W,

W - ширина образца.

При этом должны выполняться следующие условия:

0,3 <,

_c_

Величина K_с^у зависит от ширины образца W (рис. 4.16).

Рисунок 4.16

Функционально эту зависимость можно описать с использованием следующего выражения:

(K_с^у )_W = (K_с^у)_Wo (W/W₀)^, где:

(K_с^у)_W- величина K_с^у для образца или элемента конструкции шириной W;

показатель степени, определяемый экспериментально;

(K_с^у)_Wo- величина K_с^у, принимаемая в качестве базовой.

Для обшивочных материалов она определяется на образцах шириной W₀ равной 1200 мм или 750 мм; для штамповок и прессованных полуфабрикатов ширина образцов лежит, как правило, в диапазоне W =50 мм - 750 мм.