ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальные исследования механических параметров, обусловливающих скорость распространения трещины из "Теория высокотемпературной прочности материалов " К механическим параметрам, с успехом применяемым в настоящее время для анализа результатов испытаний на распространение трещины ползучести, относятся коэффициент интенсивности упругих напряжений К, напряжение в сечении нетто Ojijt скорректированный У-интеграл (У ). [c.167] Подробно эти параметры рассматриваются ниже, однако следует отметить, что коэффициент К выражает интенсивность напряжений вблизи вершины трещины в сингулярном поле напряжений в упругом состоянии и одновременно характеризует интенсивность упругой энергии, раскрытие вершины трещины или коэффициент высвобождения энергии. [c.167] Параметр a et выражает номинальное напряжение, рассчитываемое делением растягивающей нагрузки на площадь сечения в надрезе и является средним напряжением, действующим в этом сечении. Однако этот параметр не характеризует распределения напряжений ползучести вблизи вершины трещины. Параметр J называют [45, 48] скорректированным J-интегралом, его определяют путем замены смещения или деформации в предложенном Райсом [47] J-интеграле на скорость смещения при ползучести или скорость деформации при ползучести. Этот интеграл позволяет распространить однозначное соответствие между коэффициентом интенсивности неупругих или пластических напряжений и коэффициентом интенсивности упругих напряжений К, устанавливаемое с помощью J-интеграла, на проблему трещины ползучести. [c.167] ТО получаются прямые, показанные в правой части рисунка. При этом расхождение результатов в зависимости от уровня напряжений становится меньше, наблюдается почти такая же прямолинейность, как и при представлении результатов в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений К (см. рис, 5.42). [c.169] Изменяя только уровень напряжений в испытаниях с образцами одного типа, трудно сделать вывод о влиянии коэффициента К и напряжения a et на распространение трещины. Тем не менее считают [51, 52], что более целесообразно представлять результаты в зависимости от коэффициента К, чем от напряжения a gt-Однако этот вывод относится к плоским образцам с односторонним надрезом при анализе результатов пренебрегали -эффектом увеличения напряжений изгиба при распространении трещины. Если использовать при анализе напряжение (Тпгь при определении которого учитывается влияние увеличения напряжений, то преимущество коэффициента К становится не столь очевидным [45]. [c.169] ВОЗМОЖНО путем проведения испытаний с изменением размеров образцов. Образцы с постоянным отношением начальной длины надреза к ширине образца II lalWa, но е различной шириной Wo ( ри постоянной толш,ине) называют подобными образцами. Такие образцы в настоящее время широко применяются в частности в Японии, для исследования механических критериев разрушения. [c.170] Представление результатов испытаний на подобных образцах в виде отношения скорости распространения трещины к ширине образцов (dlldi)/Wo обеспечивает довольно хорошее соотношение с напряжением a gt (рис. 5.45, б). [c.172] Другие экспериментальные данные выражаются почти такими же уравнениями. [c.173] На рис. 5.48 приведены результаты испытаний, полученные на плоских образцах с центральным ( N) или двусторонним (DEN) надрезами для испытаний на растяжение, а также на плоских образцах с односторонним надрезом (SEN) и компактных (СТ) образцах для испытаний на изгиб. В этом случае также наиболее закономерные результаты получили при представлении результатов в зависимости от скорректированного У-интеграла. [c.173] Выше описаны примеры, иллюстрирующие поведение различных образцов при приложении нагрузки. Целесообразно сравнить результаты экспериментов, полученные на тонколистовых образцах с центральным надрезом и на цилиндрических образцах с кольцевым надрезом, так как эти случаи иллюстрируют поведение трещины в условиях плосконапряженного и плоскодефор-мированного состояний. Форма и размеры образцов двух различных типов приведены на рис. 5.49. На рис. 5.49, а показан тонкостенный цилиндрический образец с центральной трещиной ( N ), условия нагружения этого образца изгибающим моментом при наличии в нем сравнительно короткой трещины тождественны условиям нагружения плоского образца N. [c.175] Проведены на материалах с высокой пластичностью. В образцах из материалов с низкой пластичностью деформация ползучести возникает только вблизи вершины трещины, в других частях образца сохраняется упругое состояние. Можно предположить, что в целом возникает состояние, аналогичное так называемому состоянию микротекучести. При этом в качестве механического критерия разрушения возможно эффективное использование коэффициента К. [c.177] На рис. 5.51 приведены результаты экспериментов на образцах из стали 1Сг—1,25Мо—0,25V, критическое раскрытие трещины в которой составляет 0,1 соответствующей величины у стали SUS 304 (см. рис. 5.44) при использовании образцов одинаковой формы. Представление результатов с помощью коэффициента К отчетливо обнаруживает их зависимость от размеров образцов, поэтому целесообразно рассматривать результаты в зависимости от напряжения a ef. Используя метод измерения длины трещины путем прерывания экспериментов, получают довольно большой разброс данных. В этом случае представление данных в зависимости от J дает лучшие результаты. Аналогичные данные получены [561 и на закаленных образцах из стали 2,25Сг—1Мо. [c.177] Результаты тех же экспериментов, что и представленные ранее на рис. 5.42 и 5.43, но в виде других зависимостей, приведены на рис. 5.53. При представлении результатов в зависимости от nef в вакууме [в отличие от углеродистой стали (см. рис. 5.52)] скорость распространения трещины выше, чем на воздухе. Однако, если представить результаты в зависимости от величины J, то различие между указанными скоростями меньше скорости почти совпадают. Соотношение dUdt — / для стали SUS 304 почти такое же, как и для стали S15 (см. рис. 5.52). Следовательно, возможность выражения этого соотношения с помощью уравнения (5.23) имеет определенный смысл. [c.178] Условия эксплуатации конструкций и деталей машин не ограничены случаем одноосного напряженного состояния, когда только растягивающая нагрузка действует перпендикулярно оси трещины. Во многих случаях возникает плоское или объемное напряженное состояние. В настоящее время исследования распространения трещины ползучести при многоосном напряженном состоянии экспериментально практически не проводятся. Ниже описаны результаты [61, 62] испытаний на распространение трещины ползучести при совместном воздействии растяжения и кручения, проведенных авторами в качестве попытки экспериментального исследования проблемы. [c.179] На рис. 5.55 показано соотношение между скоростью распространения трещины и полудлиной трещины I. Напряжение Og = = т/а + Зт является эквивалентным напряжением Мизеса. Из приведенных результатов следует, что при постоянном максимальном главном напряжении скорость распространения трещины при комбинированном нагружении растяжением — кручением больше, чем при одноосном растяжении, а при чистом кручении (т. е, при уравновешенном двухосном растяжении — сжатии) больше, чем при указанном комбинированном нагружении, Следовательно, если действует напряжение сжатия a g, параллельное трещине, то даже при постоянном напряжении дальнего порядка, направленном перпендикулярно оси трещины, скорость dl/dt увеличивается, причем увеличивается тем больше, чем больше o g по абсолютной величине. В связи с этим можно предположить, что при растяжении напряжение a g, наоборот, уменьшает эту скорость. Таким образом, на распространение трещины ползучести оказывает влияние несингулярное поле напряжений, параллельное трещине сопротивление ползучести образцов с трещиной нельзя считать обусловленным максимальным главным напряжением. [c.180] Вернуться к основной статье