ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кинетика развития усталостных трещин и предельное состояние тел с трещинами из "Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении " Для определения прочности и долговечности деталей с усталостными трещинами необходимо знать закономерности развития усталостных трещин в процессе их стабильного развития ш иметь методы, позволяющие рассчитывать критические размеры усталостных трещин для различных материалов с учетом их свойств, режима нагружения, температуры, размеров образца и т. п. Исследованию предельного состояния тел с трещинами в последние годы уделяется большое внимание. Результаты этих исследо-Фаний обобщены в работах [6, 69, 76, 77, 80, 159, 193, 219]. [c.62] Формула (1.69) получила экспериментальное подтверждение только для весьма хрупких материалов типа стекла и кварца. [c.64] Упл — энергия пластического деформирования. [c.64] Анализ показал, что для металлов энергия пластического де- )ормирования, которая реализуется в вершине трещины, гораздо больше (в 1000 и более раз) удельной поверхностной энергии [244]. [c.64] Дальнейшее развитие исследований по разработке методов оценки предельного состояния тел с трещинами основывается на анализе напряженно-деформированного состояния материала в вершине трещины. В зависимости от вида приложенной нагрузки деформирование пластины с трещиной может происходить по одной из следующих основных схем, приведенных па рис. 50. [c.64] При деформировании по схеме I (растяжение) поверхности трещины расходятся друг от друга при деформировании по схеме II (поперечный сдвиг) поверхности трещины скользят одна по другой в поперечном направлении и при деформировании по схеме III (продольный сдвиг) поверхности трещины скользят одна по другой в продольном направлении. [c.65] В вершине трещины могут иметь место как плоское напряженное состояние, когда одно из главных напряжений равно нулю, так и плоское деформированное состояние, когда одна из главных деформаций равна нулю. Наиболее опасным, с точки зрения хрупкого разрушения, является плозкое деформированное состояние, так как при наличии трехосного растяжения уменьшаются величина касательных напряжений и пластически деформированный объем. Переход от плоского напряженного состояния к плоскому деформированному состоянию происходит с пония ением пластичности материала, увеличением размеров образца, понижением температуры и повышением скорости приложения нагрузки. [c.65] Распределение пластических деформаций в вершине трещины в толстой плите показано на рис. 51. Отметим существенную разницу в величине зон на поверхности плиты, где имеет место плоское напряженное состояние, и в ее середине, где реализуется плоское деформированное состояние. В этих условиях трещина, как правило, возникает в середине плиты, где наблюдается стеснение пластических деформаций. [c.65] Напряженно-деформированное состояние в вершине трещины описывается с использованием методов теории упругости [76, 159, 193]. [c.65] При плоском деформированном состоянии распределение напряжений и перемещений (и v, w) в направлениях х, у, z для каждой из схем, приведенных на рис. 50, будет описываться следующими уравнениями в полярных координатах (рис. 52) [79]. [c.65] В случае плоского напряженного состояния в формулах (1.71) и (1.72) следует принять = О и заменить ji на [х/(1 + [х) [159]. [c.66] Коэффициенты интенсивности напряжений являются функциями приложенных напряжений и геометрии трещины и не зависят от координат точки в вершине трещины. [c.67] Большое значение при использовании рассмотренного метода для нахождения критических размеров трещины в деталях имеет обоснование возможности применения для этого характеристик вязкости разрушения Кцс, Кщс и Gi , Сцс, Gni полученных на лабораторных образцах. [c.67] Опыты показывают, что условия плоской деформации при использовании образцов, имитируюш,их размеры большинства машиностроительных конструкций, реализуются только в высокопрочных материалах, для большинства других материалов (теплоустойчивые и аустенитные стали, сплавы на основе алюминия и титана и т. п.) такие условия не реализуются и применение приведенных соотношений становится проблематичным [6]. [c.68] Воспользовавшись уравнениями (1.87), (1.81), можно связать численные значения коэффициентов интенсивности напряжений и раскрытия трещины. [c.69] Величина критического раскрытия трещины 6к определяется на образцах, аналогичных образцам, применяемым для вычисления коэффициента интенсивности напряжений в условиях плоской деформации. Преимущественно образцы испытываются при изгибе, что требует меньшей мощности машин по сравнению с растяжением. Процесс развития трещины измеряется по расхождению сторон прорези в образце, в котором инициируется усталостная трещина. [c.69] Исследования показали, что этот критерий наиболее эффективен при сравнительной оценке свойств различных материалов, era использование для расчета конструкций обусловлено необходимостью учета влияния на него размеров образца, температуры и скорости приложения нагрузки. [c.69] Рассмотренные критерии перехода к нестабильному росту трещины К с, Кцс и Кшс называются силовыми, Gi , Gii и Ощс — энергетическими, а бк — деформационными критериями. При упругом разрушении между этими критериями существует связь, определяемая приведенными выше уравнениями. Поскольку, как по-тсазали исследования последних лет, ни критерии линейной механики разрушения, ни критерии критического раскрытия трещины не описывают предельного состояния тел с трещинами из вяз-д их сплавов, в настоящее время ведутся интенсивные поиски новых критериев, основанных на представлениях нелинейной механики разрушения [182, 219, 253 и др.]. [c.70] Микроскопические трещины в металлах при циклическом нагружении возникают весьма быстро. Так, по некоторым данным трёщинк в пределах зерна наблюдались уже после 0,1 числа циклов нагружения до разрушения [33]. [c.70] В литературе предложено большое количество аналитических зависимостей, связывающих скорость развития усталостной трещины с характеристиками режима нагружения. Обзор этих исследований выполнен в работах [151, 192]. [c.70] Вернуться к основной статье