ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сопротивление материалов хрупкому и квазихрупкому разрушению из "Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению " Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению. рассматривается на основе представлений об условиях возникновения, распространения и торможения трещин и о местных деформациях в зоне трещины. Процессы хрупкого разрушения в элементах из конструкционных металлов протекают в упругопластической области при этом относительная роль упругих и пластических деформаций существенно зависит от механических свойств металла, тепловых условий, условий нагружения (в смысле их уровня и динамичности) и вида деформированного состояния. [c.23] Исходные зависимости, определяющие процесс разрушения, связывают возникающие под нагрузкой напряжения и деформации с механическими свойствами металла. Эти зависимости получают из рассмотрения условий равновесия тел с трещинами. Появление начальных трещин определяется несовершенством структуры металла, дефектами изготовления (в частности сварных соединений), повреждениями, возникающими в условиях эксплуатации (в том числе усталостными и коррозионными). [c.23] Условия распространения трещины эллиптической формы длиной 21 при равномерном растяжении пластинки напряжением а формулируются по А. Гриффитсу. Нестабильное состояние трещины (хрупкое разрушение) возникает при условии равенства изменения энергии напряженного состояния (приходящейся на единицу длины растущей трещины) naH JE изменению энергии на образование свободной поверхности трещины 4/у. При этом величина у является энергией, приходящейся на единицу длины трещины при единичной толщине пластины (т. е. на единицу поверхности), и представляет собой характеристику материала. [c.23] Выражение /С = о У п1 характеризует коэффициент интен сивности напряжений, который по достижении критических значений напряжения Ок и длины трещины /к также принимает критическое значение Кс. [c.24] Величина Л определяется металлофизическими измерениями (в том числе рентгеноструктурными) и составляет для малоуглеродистых и низколегированных сталей 0,1 — 0,5 мм. [c.25] При переходе к пластинам ограниченных размеров, при других условиях нагружения и других формах трещины в выражения (2.8) вводят поправочные функции fih, fiih, huk. Их значения получают на основании решения соответствующих краевых задач. Они для ряда случаев представлены в табл. 2.1 с соответствующими схемами нагружения, показанными на рис. 2.3. [c.27] При рассмотрении других краевых условий и условий нагружения в выражение (2.12) вводятся поправочные функции согласно соотношениям (2.9). [c.29] Влияние пластической деформации на перемещение трещины в направлении растягивающих напряжений учитывается по предложению Д. Ирвина увеличением длины трещины на протяженность пластической зоны. [c.30] Эти выражения для б при j 0,8ot соответствуют экспериментальным данным. Для плоского деформированного состояния перемещения v и 6 уменьшаются, а протяженность пластической зоны снижается в несколько раз вследствие объемности напряженного состояния. [c.30] За пределами зоны 2/т распределение упругих напряжений описывается уравнением типа (2.7). Размер пластических зон по выражению (2.17) в полтора раза больше, чем по выражению (2.13) уже при номинальных напряжениях а=0,5(Тт- Аналогично и раскрытие трещины по уточненному уравнению (2.18) получается больше, чем по приближенным уравнениям (2.15) и (2.16). [c.31] Приведенные данные оправдывают упрощенные модели упругопластичееких состояний тел с трещинами, используемые при установлении деформационных критериев хрупкого разрушения, когда области пластического состояния металла на конце трещины перед разрушением остаются незначительными по сравнению с размерами трещины. Это свойственно более интенсивно упрочняющимся металлам пониженной пластичности и более хрупким их состояниям при понижении температуры и повышении скорости деформирования. [c.32] Значения бк по уравнениям (2.18) и (2.20) становятся почти равными в области низких значений разрушающего напряжения 0к О,5(Тт. [c.33] Сопоставление результатов расчета по уравнениям (2.21) и (2.22) показывает, что при 0к О,5ат по уравнению (2.22) получаются все более высокие значения б, чем по уравнению (2.21) (по мере приближения критических напряжений к пределу текучести). [c.33] Для других Краевых условий вводятся поправочные функции. [c.33] Эти характеристики, отражая сопротивление металла возникновению нестабильных трещин хрупкого разрушения, зависят от температуры и скорости деформирования и определяются экспериментально способами, изложенными в 3. [c.34] Начальное развитие трещины до критического состояния может протекать стабильно в процессе возрастанир статической нагрузки. Соответствующие условия равновесия элементов с постепенно прорастающими трещинами вытекают из энергетических и деформационных представлений. [c.34] Уравнение (2.24) описывает изменение функционала L, определяющего разность расходуемой и подводимой при развитии трещины энергии, причем напряжения ау(х) зависят от параметра внешней нагрузки а. [c.35] Выражение (2.26) описывает квазистатический рост трещины в зависимости от а, ускоряющийся по мере приближения о к Ок и к /к. [c.36] Параметром этой зависимости является длина исходной трещины /о. На рис. 2.7 сплошными линиями показано семейство кривых, связывающих l /lo с о/от для разной длины исходной трещины Iq. Эти кривые рассматриваются как диаграммы квазистатического разрушения, которые заканчиваются достижением нестабильного состояния — быстропротекающего хрупкого разрушения, когда а=Ок и 1=1к (пунктирная линия на рис. 2.7). [c.36] Ное напряжение о на стадии инициирования движущейся трещины, так же как и Стк, зависит от длины начальной трещины, образуя кривую квазистатичесАго инициирования. Эта кривая нанесена на рис. 2.7 штрих-пунктирной линией и определяется экспериментально. [c.37] Вернуться к основной статье