ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Синергетические аспекты физики и механики роста трещин из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " В случае анализа развития разрушения в области малоцикловой усталости, когда трещины имеют небольшие размеры к моменту перехода к ускоренному разрушению, их называют малыми трещинами (см. рис. 3.1, 3.2). Речь идет о разрушении, которое аналогично последнему этапу развития разрушения больших трещин. Однако кинетика малых трещин рассматривается в условиях постоянства деформации. По вопросу кинетики коротких трещин можно получить подробную информацию в обзорах [10,11], а для малых трещин подробный анализ закономерностей дан, например, в обзоре [12]. [c.132] Скорость роста длинных усталостных трещин зависит от коэффициента интенсивности напряжения (КИН), и между ними установлена S-образная зависимость при неизменном уровне напряжения, которая аналогична зависимости, представленной на рис. 3.1а. Вид и положение кинетической кривой существенно зависят от условий нагружения и геометрии детали. Поэтому далее, рассматривая процесс развития разрушения, мы будем разделять нагружение материала (образец) в тестовых условиях и при многопараметрическом воздействии на деталь в лаборатории, на стенде или в эксплуатации. Тестовые условия используют для определения механических характеристик материала, когда применительно к испытаниям стандартных образцов оговорены их размеры, частота нагружения, температура, степень агрессивного воздействия окружающей среды и прочее. Элементы конструкций, в большинстве случаев, существенно отличаются по геометрии от стандартных образцов, и условия их нагружения, как правило, не соответствуют тестовым условиям опыта. [c.132] Зависимость скорости роста усталостной трещины от коэффициента интенсивности напряжения возникает после достижения ею приращением в цикле нагружения величины, близкой нескольким параметрам кристаллической решетки (рис. 3.4). Прирост трещины, соответствующий нарушению сплошности материала в цикле нагружения, не может быть менее одного межатомного расстояния. Поэтому во многих случаях на кинетической кривой выделяют величину прироста трещины на одно межатомное расстояние в области ее начального (припорогового) роста (см. рис. 3.4). На поверхности образца в эксперименте могут быть зафиксированы скорости на несколько порядков меньше, чем прирост трещины на величину межатомного расстояния за цикл нагружения. Причины такого расхождения результатов экспериментов с физикой поведения материала будут обсуждены далее. [c.132] Начальный процесс подрастания трещины развивается на масштабном микроскопическом уровне, поскольку прирост трещины за цикл нагружения соизмерим с параметрами кристаллической решетки. На этом масштабном уровне имеет место высокая чувствительность структуры материала к развитию усталостной трещины. Поэтому этот этап развития разрушения называют структурно чувствительным [2]. [c.132] Следующая критическая точка отвечает середине кинетической диаграммы. Ее достижение характеризуют коэффициентом интенсивности напряжения Ki [5, 9] на длине трещины и скоростью роста трещины da/dN)is = Vj- Особенности поведения материала и смены процесса разрушения в указанной точке будут рассмотрены далее. Пока отметим, что последующий рост трещины связан с быстрым нарастанием дестр5 ктивных процессов, вызывающих возрастание ускорения роста трещины. Эти процессы отвечают тем механизмам разрушения, которые доминируют на следующем, масштабном макроскопическом уровне. С точки зрения принципов синергетики в рассматриваемой точке нарушается принцип однозначного соответствтгя. Меняется не сам доминирующий механизм разрушения, а в направлении роста трещины существенную роль начинают играть процессы, приводящие к нестабильному разрушению сначала в локальном объеме, а затем и на масштабном макроскопическом уровне. [c.133] Переход процесса развития усталостных трещин на масштабный макроскопический зфовень характеризуют пороговыми величинами коэффициента интенсивности напряжения К23 и скорости роста трещины (da/dN)23 - 3- Этот переход, как правило, связан с потерей устойчивости образца или детали и дальнейшее нарастание скорости роста трещит1ы происходит при незначительном изменении коэффициента интенсивности напряжения. [c.133] Размер зоны определяет величину подрастания трещины в цикле нагружения, а следовательно, контролирует масштабный уровень процесса формирования поверхности разрушения. Поэтому сначала рассмотрим закономерности формирования зоны пластической деформации при циклическом нагружении материала. [c.134] Вернуться к основной статье