ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Микромеханика и критерии роста усталостных трещин из "Избранные нелинейные задачи механики разрушения " Отметим, что на распространение дислокационной трещины влияют не только касательные напряжения, но и нормальная к плоскости трещины компонента напряжений. [c.35] Как видим, эта формула аналогична известной формуле Гриффитса. [c.35] Перейдем теперь к анализу условий распространения микротрещины при циклическом нагружении. [c.35] В данном пункте обсуждены модели и уравнения распространения повреждений (в виде микроструктурно и физически коротких трещин), а также микромеханика процессов повреждения материала у вершины усталостной трещины. [c.36] Третья группа — макротрещины, протяженность которых соизмерима с характерными размерами деталей. К этой группе трещин следует отнести многие технологические дефекты и эксплуатационные повреждения типа трещин. В инженерных расчетах долговечности начало усталостного роста трещины, как правило, связывают с трещиной размером 0,5-1 мм. Поэтому при инженерных решениях проблем усталости в рамках иерархии Ii обычно ограничиваются анализом поведения макротрещин. [c.37] При наличии трещин, протяженность которых заметно выше по сравнению с размерами характерных элементов микроструктуры, материал рассматривают как континуум, а для описания развития таких трещин используют аппарат механики деформируемой сплошной среды. При разработке моделей и соотношений для количественного описания кинетики роста усталостных макротрещин используют идеализированные осредненные характеристики материала. При этом полученные соотношения являются обычно полуэмпирическими и содержат постоянные, которые не связаны в явном виде с основными характеристиками материала и определяются экспериментально. [c.37] Кинетику роста трещин, протяженность которых сопоставима с размерами характерных элементов микроструктуры, необходимо рассматривать в микромасштабе. Развитие трещин в таком масштабе является дискретным и зависит от свойств отдельных фрагментов микроструктуры, а статистическая природа усталостного разрушения проявляется особенно ярко. В этих условиях понятия сплошности среды и ее однородности, а также аппарат механики сплошной среды могут оказаться неприемлемыми. Для описания кинетики таких трещин привлекают микромодели усталостного разрушения. [c.37] Продолжим далее тему роста микроструктурно и физически коротких треш,ин усталости. [c.39] Поскольку поверхность образцов и элементов конструкции содержит различные острые микроконцентраторы напряжений (границы зерен, включения, поверхностные микроцарапины и др.) предполагается, что микроструктурно короткая треш,ина инициируется от них и распространяется с первого цикла нагружения независимо от размаха приложенных деформаций (напряжений). Однако в зависимости от величины приложенных напряжений эта треш,ина останавливается у барьера или преодолевает его. [c.39] И соответствует размеру трещины Количество скачков т до достижения трещиной размера Itr зависит как от расстояния между слабыми микроструктурными барьерами, так и от размаха приложенных деформаций. [c.42] В модели предполагается, что трещина преодолевает барьеры обеими вершинами одновременно и распространяется в нечетном числе зерен. Существует и другая точка зрения трещина преодолевает слабый барьер лип1ь одной вергииной и переходит последовательно из одного зерна в другое. Установить истинность той или иной модели весьма проблематично в силу экспериментальных сложностей. [c.42] Кроме того в рассматриваемой модели учитывается один геометрический параметр (длина или глубина) микроструктурно короткой трещины, инициированной с поверхности, и не учитываются ориентация плоскости трещины и ее кинетика в связи с анизотропией свойств материала. В этой связи представляются перспективными исследования, связанные с моделированием как микроструктуры металлов, так и кинетики роста трещин, а также использование нейронных сетей для статистического моделирования роста коротких усталостных трещин. [c.42] Предполагается, что пороговый параметр — постоянная материала, а новые коэффициенты A q и B q зависят как от параметров уравнений (1.4.3) и (1.4.4) роста коротких трещин при одноосном нагружении, отногиения сдвиговой и осевой деформаций при комбинированном нагружении, так и от использованного критерия эквивалентных деформаций. [c.42] С использованием выделенных реперных точек для условий циклического кручения перейдем к установлению модифицированного уравнения скорости роста физически коротких трещин при совместном нагружении растяжением-кручением. Очевидно, что предел выносливости для комбинированного нагружения отличается от соответствующих пределов выносливости при циклическом кручении или эастяжении и может быть получен экспериментально, а также рассчитан следующим образом. [c.44] Предложенная модель и модифицированные уравнения для стадий I и П роста коротких усталостных трещин позволяют прогнозировать долговечность гладких образцов в условиях комбинированного нагружения. Общая долговечность определяется суммированием долговечностей, соответствующих рассматриваемым стадиям распространения трещины. Долговечность 7V/ на стадии I получаем интегрированием уравнения (1.4.7) в пределах между /о (равной 1 мкм) и Itr- При этом по формуле (1.4.5) учитывается колличество скачков трещины, обусловленных преодолением микроструктурных барьеров. Интегрирование уравнения (1.4.8) раснространения физически короткой трещины в пределах между Itr и предельной длиной трещины 1с позволяет оценить долговечность Njj на второй стадии роста короткой трещины. Размер трещины соответствующий переходу трещины от стадии I к стадии П, определяется с помощью уравнения (1.4.6). [c.46] Теперь перейдем к анализу микроструктурного механизма развития трещины и ее закономерностей в связи со строением излома. [c.48] Модель возникновения первичного разругиения представляет собой условие появления очага первичного разругиения в цикле нагружения и состоит из модели трещины, модели материала в локальном сильнодеформированном объеме перед фронтом трещины и критерия разругиения. Рассмотрим модель роста трещины усталости, предложенную Н.В. Тумановым [251, 252. [c.50] К началу цикла нагружения материал в области предразрушения перед фронтом треш,ины находится в предельном структурном состоянии, которое создается предшествуюш,ей многократной интенсивной пластической деформацией. Такому состоянию соответствует идеальная (свободная от решеточных дислокаций) двухуровневая слоистая субмикрокристаллическая структура, слои которой, состояш,ие из равноосных бездефектных фрагментов, разделяются протяженными ножевыми границами (большеугловыми границами разориентации деформационного происхождения), расположенными вдоль оси х максимальной главной деформации у вершины треш,ины параллельно ее фронту. Ножевые границы являются внутренними концентраторами напряжений, причем максимумы напряжений располагаются вблизи от ножевых границ в теле фрагментов (такое распределение деформаций вблизи границ зерен деформационного происхождения установлено в [30]). Этот предварительно напряженный материал подвергается в цикле нагружения прираш,ению напряжений вплоть до появления очага хрупкого разрушения. В качестве математической модели такого материала (в интервале времени от начала цикла нагружения до зарождения первичного разрушения) рассмотрим однородную и изотропную по упругим свойствам среду со стационарными полями внутренних напряжений вдоль ножевых границ. [c.51] Как видно, в этом случае теоретическое расстояние от фронта треш,и-ны до очага первичного разрушения близко к шагу бороздок (Л S ). Точность оценки (1.4.22), основанной на континуальном представлении структурированной среды перед фронтом треш,ины, зависит еш,е и от того, насколько величина Л больше характерного размера d элементов структуры, т. е. она возрастает с увеличением АК (поскольку с/ с ростом АК не увеличивается [152, 323]). [c.53] Вернуться к основной статье