ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности поведения малых усталостных трещин из "Трещиностойкость стали " В настоящее время общеизвестно, что скорость роста малых усталостных трещин может в несколько раз превышать скорость развития длинной трещины и что подход механики сплошных сред следует распространять на поведение малых трещин, сравнимых с размерами элементов структуры материала лишь после надлежащей модификации (иногда в литературе малые трещины называют короткими, а длинные — крупными). Размфы малых трещин обычно колеблются в довольно широких пределах от нескольких микрон до 1 мм включительно [257—259]. [c.167] Хотя пока еще не предложено никакого физического объяснения, этот подход обеспечивает достаточно точное прогнозирование порогового и кинетического поведения малой трещины. [c.168] Возвращаясь к экспериментальным данным, приведенным на рис. [c.169] Кроме экспериментальной оценки, А/С у определяют расчетным путем из уравнений, предложенных для скорости роста тре14ины. Чтобы оценить А/С . по такому уравнению, необходимо знать скорость роста трещины и циклическую трещиностойкость [262]. Пред ложены также соотношения, позволяющие рассчитать А/С . по другим характеристикам механических свойств. Значения Ал, определенные экспериментально и расчетными методами, значительно различаются. [c.170] Для данных условий испытаний, среднего напряжения, среды, частоты циклов нагружения определяет свойства материала и является величиной постоянной. Из выражения (147) следует, что если размер трещины чрезвычайно мал и стремится к нулю, то допускаемый размф напряжения чрезвычайно велик и стремится к бесконечности. Однако предельный случай, когда размер трещины приближается к нулю, соответствует пределу выносливости для гладких образцов. Известно, например, что предел выносливости для гладких образцов при изгибе с вращением приблизительно равен 0,5 ffg, где Стц - временное сопротивление разрыву. Кроме того, при других условиях нагружения и в присутствии коррозионных сред можно получить более низкие значения предела выносливости. Итак, должен существовать некоторый размер трещины, при котором выражение (147) и лежащие на его основе допущения механики разрушения становятся несправедливы. Кроме того, тот же самый вывод можно получить в результате анализа рассмотрения допущений, основанных на механике сплошных сред. В соответствии с этими допущениями размер трещины всегда должен превышать размфы элементов микроструктуры материала (например, размер зерен). Таким образом, в материале должна существовать характерная длина трещины, при которой условия подобия, необходимые для обоснованного применения линейно-упругой механики разрушения (ЛУМР), нарушаются. [c.171] Как показывают результаты последних исследований, подходы ЛУЛЛР могут привести к завышенным оценкам сопротивления усталости и надежности при анализе роста малых трещин. [c.172] Автором (см. табл. 2) проведен анализ и сопоставление некоторых работ пр исследованию и определению пороговых значений напряжений для малых трещин и показано, что для таких трещин А/С уже не связано с поведением вершины трещины, как это имеет место в случае больших трещин. [c.172] В выражении (151) с уменьшением а постоянная / о все в большей степени определяет значение. В предельном случае, когда а стремится к нулю, значение Да соответствует предельному значению - пределу выносливости (а j). [c.174] Пока какого-либо физического объяснения постоянной / о не предложено, тем не менее ее использование для моделирования пороговых условий распространения малых трещин оказалось весьма эффективным (см. данные, представленные на рис. 52). Поскольку использование / о было обусловлено необходимостью устранения несоответствия между экспериментальными данными и концепциями механики сплошных сред, можно ожидать, что этот параметр должен быть связан с длиной элементов микроструктуры материала. Для стали SA G40-11 значение / о = 0,24 мм, что значительно превышает размер любого элемента микроструктуры. [c.174] Относительно скорости роста v малых трещин имеются довольно противоречивые сведения. Для малых трещин в сталях, алюминиевых и титановых сплавах характерны как высокие, так и более низкие скорости по сравнению со скоростями роста длинных трещин [269]. Средняя скорость развития малых трещин в высокопрочных сталях ниже, чем длинных. Установлено [270], что скорость роста малой трещины в области порогового AAfj/, непропорциональна ее длине, а скорость роста трещины из надреза выше скорости, рассчитанной по соотношениям механики разрушения из-за влияния пластичности в надрезе и концентрации напряжения. [c.175] Рассмотрим некоторые работы по исследованию кинетики роста малых трещин с использованием линейно-упругой или упруго-пластической механики разрушения. [c.175] Пирсон [16d] исследовал зарождение и последующий рост малых трещин (0,006 а 0,25 мм) в алюминиевых сплавах BSL 65 (предел текучести 490 МПа) и ДТД 5050 (предел текучести 540 МПа). Испытания на усталость при консольном изгибе проводили на гладких образцах круглого сечения типа I (по ГОСТ 23026—78) в линейно-упругих условиях нагружения. Анализ полученных экопе риментальных данных был проведен с использованием критериев линвйнЬ упругой механики разруше й1Я. Экспериментальные данные по исследованию кинетики роста как длинных, так и малых трещин представлены на рис. 53, а, б, из которых следует, что скорость роста микротрещин больше, чем макротрещин. Пирсон пришел к выводу, что скорость роста малых трещин стремится к значению, рассчитанному по уравнениям для данных трещин при глубине их, превышающей 0,13 мм. Другими словами, была определена характеристическая длина трещины, при превышении которой поведение как малых, так и длинных трещин становится одинаковым, т.е. раз личия между ними пропадают. [c.176] Даулинг [271] исследовал зарождение и распространение малых трещин в гладких образцах диаметром 7,6 мм из стали А533В в условиях растяжение — сжатие при пластической деформации. [c.176] Из рассмотренного соотношения следует, что такой подход не дает никаких преимуществ в случае малой трещины, подвфгаемой номинальному упругому нагружению, так как при этом А/ = О, а А/ = АУр является функцией только упругих свойств. [c.179] Дополнительно отметим, что А/-интеграл, предложенный в работе [273], является модификацией J-интеграла, разработанного Г.П. Чфепановым и Дж. Райсом [11, 121, которая получается путем замены тензора напряжения a j, тензора деформации и вектора перемещения соотвегствующими разм ами этих характеристик. Показано, что Д/ -интеграл не зависит от пути интегрирования как для упругого, так и для упруго-пластического матфиала, подвергаемого циклическому нагружению при условии, что определяющие уравнения можно записать через плотность энергии циклической деформации, т.е. [c.180] Дополнительно оговорено, что размах напряжения должен быть функцией только текущего размаха пластической деформации и не должен зависеть от предыстории деформации. [c.180] Такой подход был развит позднее [274] и будет рассмотрен дальше. [c.180] Вернуться к основной статье