ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Литература к главе из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Несомненно, наблюдается возрастание шероховатости рельефа излома в области формирования усталостных бороздок с шагом более 1 мкм. Оно происходит именно из-за эффекта пластического затупления вершины трещины. Пластическое затупление не может быть компенсировано на нисходящей ветви нагрузки, и последовательно формирующиеся усталостные бороздки все более удаляются от (условно) первоначально расположенной горизонтальной плоскости. Затупление имеет свои офаничения по высоте профиля в связи с вязкостью разрушения материала, и поэтому долго по длине трещины этот процесс не может быть реализован. Именно этим и объясняется ограничение максимально возможной величины шага усталостных бороздок, которая может быть сформирована в материале на стадии стабильного роста трещины. После затупления трещины материал в локальной зоне упрочняется, и это позволяет осуществить ротационный эффект формирования профиля бороздки на нисходящей ветви. Критическое затупление переходит к страгиванию трещины по механизму статического проскальзывания, и формирование профиля усталостной бороздки оказывается уже невозможным. [c.219] Величины шага усталостных бороздок 612 и 8,, формируемого в изломе при достижении коэффициентов интенсивности напряжения соответственно (Kg)i2 И (Kg)is, отвечают нижней и верхней границам линейной зависимости шага от длины трещины. Нижняя граница для шага усталостных бороздок определяет дискретный переход в развитии трещины от микроскопического к мезоскопическому масштабному уровню. Верхняя граница отвечает нарушению принципа однозначного соответствия, как было подчеркнуто в предыдущих разделах, когда на поверхности излома нарастают элементы рельефа с выраженными признаками микропестабильного нарушения сплошности материала и ветвления трещины. Это переход от мезо-уровня I к микроуровню П. Верхняя граница легко определяется по кинетическим кривым и из статистической оценки наиболее часто наблюдаемого размера элементов дислокационных структур, как это было рассмотрено в параграфе 4.1. В том числе указанная граница определена для алюминиевых сплавов на основе анализа двумерных Фурье-спек-тров параметров рельефа излома в виде усталостных бороздок. Из всех оценок следует, что для алюминиевых сплавов 5. = 2,14-10 м. [c.219] Первое уравнение синергетики выполняется в интервале (К 2 в интервале - К23) реализуется второе уравнение синергетики. Это позволяет рассматривать каскад процессов роста трещины при изменении механизма роста треши-ны с помошью последовательности кинетических уравнений (4.47) с учетом граничных условий, определяемых физикой процесса роста трещин. Именно поэтому представило интерес рассмотреть имеющиеся экспериментальные данные по определению показателей степени в уравнении Париса, в которых предпринимались попытки выделения особых точек на кинетических кривых при исследовании сплавов на различной основе (табл. 4.3). В отобранных для анализа работах не ставилась задача построения единой кинетической кривой в виде последовательности дискретных переходов в связи со сменой механизмов разрушения. Поэтому критические точки СРТ или шага усталостных бороздок не были строго поставлены в соответствии со сменой механизма роста трещины. Вместе с тем проведенное обобщение свидетельствует о том, что последовательность в переходах через точки бифуркации в процессе роста усталостных трещин является устойчивой и в полной мере соответствует последовательности показателей степени тр. 4 2 4 — для последовательности развития трещин на микроуровне, мезо I и мезо П соответственно. [c.220] Величина ее составляет 4,75-10 м, соответствует переходу от доминирующих процессов скольжения в разрушении материала к процессам ротационной неустойчивости деформации и разрушения при формировании свободной поверхности. При ее сопоставлении с зафиксированными минимальными величинами шага усталостных бороздок для сплавов на основе алюминия (см. табл. 3.1) выявлено удовлетворительное им соответствие. Близкая величина скорости роста усталостной трещины для алюминиевых сплавов была установлена в работе [121]. Граница перехода от стадии развития усталостной трещины I к стадии П соответствовала 5,1-10 м/цикл для термически не упрочненных сплавов и 4,58-10 м/цикл — для термически упрочненных сплавов. [c.220] Особенно важно подчеркнуть, что эта величина с точностью до второго знака после запятой совпадает с данными исследований с помощью туннельного микроскопа шага усталостных бороздок в алюминиевом сплаве 2024Т6 [122]. Ниже этой величины усталостные бороздки не были выявлены. Эта величина также соответствует представлениям физики о масштабных уровнях протекания процессов пластической деформации в металлах. [c.220] Соотношение (4.52) свидетельствует о том, что при постоянной деформации могут быть достижимы большие величины коэффициента интенсивности напряжения на мезоскопическом масштабном уровне. [c.222] Указанные величины характеризуют соседние значения шага усталостных бороздок при переходе с одного уровня нафужения на другой. Это позволяет считать, что в условиях чередования двух уровней нагрузок переход к меньшему или большему шагу усталостных бороздок происходит строго упорядоченно. [c.223] Установить точно значение показателя степени для этапа нестабильного разрушения при постоянной нагрузке сложно из-за неустойчивости роста трещины, поэтому эта область роста трещины наименее изучена. Вместе с тем немногочисленные работы [125, 126] свидетельствуют о соответствии указанного показателя степени экспериментальным данным. [c.224] На основании соотношения (4.59) может быть проведена оценка минимальной величины прироста трещины в цикле нагружения (скачок трещины) или скорости роста трещины, которые соответствуют последовательному процессу продвижения трещины в каждом цикле нагружения. Воспользуемся для этого представлением о кванте разрушения материала, рассмотренным применительно к сталям [127]. [c.225] На основе энергетического анализа работы разрушения кристаллической решетки материала, которая связана с перемещением атомов на определенное расстояние друг от друга, после чего невозможна релаксация с залечиванием, показано следующее. Существует минимальная величина прироста трещины, названная квантом разрушения материала, 6 , которая составляет несколько межатомных расстояний. Применительно к сплавам на основе железа было показано, что квант разрушения равен 0,5 нм [128], Существенным достижением рассматриваемого подхода в описании кинетического процесса является то, что он во многих случаях характеризует переход от припорого-вой области СРТ, когда имеет место возрастание скорости на несколько порядков без заметных изменений КИН, к первой стадии роста трещины на масштабном микроскопическом уровне [128-131] (рис. 4.13). [c.225] Для построения диаграммы стабильного дискретного роста усталостных трещин в алюминиевых сплавах были использованы выявленные величины шага усталостных бороздок на основе Фурье-фрактографии, а также были проанализированы представленные в научной литературе результаты исследований скорости роста усталостных трещин в припороговой области. [c.225] В результате исследования роста усталостных трещин в монокристаллах алюминия вьшвлен следующий ряд уровней дискретного подрастания трещины [125] 7 13 30 38 нм. При больших размерах скачков трещины происходил нестабильный процесс разрушения с формированием вытянутых элементов рельефа типа вырожденных ямок. [c.225] Сами значения наиболее часто встречающихся величин скачков трещины для алюминиевых сплавов могут быть взяты из [87, 89, 125, 126]. [c.229] Таким образом, развитие усталостной трещины происходит путем упорядоченной последовательности переходов усталостной трещины от одних величин возможных приращений к другим в соответствии с последовательностью дискретных переходов в изменении напряженного состояния материала перед фронтом трещины у верщины каждого мезотуннеля. Закономерность смены напряженного состояния характеризует последовательность коэффициентов интенсивности напряжений. Связь между указанными переходами и возможные величины самих приращений трещины для сплавов на основе алюминия полностью заданы соотнощениями (4.42). Тем не менее, не определено местоположение самой кинетической диаграммы относительно величин коэффициентов интенсивности напряжения. Иными словами, не определен вид и значения управляющих параметров системы, которые устанавливают возможность единого кинетического описания процесса распространения усталостных трещин в металлах и сплавах на любой основе. Поэтому перейдем к построению единой кинетической кривой для металлических материалов на различной основе, используемых для изготовления элементов авиационных конструкций. [c.229] Шанявский A. A. // Изв. AH СССР. Металлы, 1984, 3, с. 159-163. [c.231] Подавляющее большинство разрушений элементов конструкций в эксплуатации, в том числе и авиационных, происходит в условиях макроскопической ориентации плоскости треш ины нормально к поверхности детали. Одновременно с этим доминирует нормальное раскрытие берегов трещины при разнообразном многопараметрическом внешнем воздействии, о чем свидетельствуют параметры рельефа излома, формируемые в направлении роста трещины. Следует подчеркнуть, что речь идет не только о подобии ориентировки трещины, но и о подобии между последовательностью реализуемых механизмов разрушения при распространении трещины в эксплуатации в случае многоосного нагружения и в лабораторном опыте, когда осуществлено одноосное циклическое растяжение образца с различной асимметрией. Указанное геометрическое и физическое подобие позволяет ввести универсальное описание процесса роста усталостных трещин по стадиям при многопараметрическом внешнем воздействии. [c.233] Вернуться к основной статье