ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Фрактальная размерность поверхности усталостного разрушения из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Длина трещины а в соотношениях (5.87) и (5.88) характеризует наиболее удаленную от очага разрушения точку на линии фронта трещины, для которой определена вязкость разрушения Ki - Поскольку линия фронта трещины во всех точках имеет извилистое строение в пространстве, то и в любом сечении, перпендикулярно горизонтальной плоскости линия трещины будет иметь извилистую траекторию (см. рис. 5.5), в том числе и в направлении максимального удаления от очага разрушения. [c.262] Предложенное соотношение (5.89) свидетельствует о возможности описания вязкости разрушения однородного излома с помощью одной величины фрактальной размерности. Этот факт был многократно продемонстрирован при определении вязкости разрушения материала Ki в различных материалах [159]. [c.263] Теоретический анализ последовательности развития трещин показал [162, 163], что в момент начального развития разрушения фрактальная размерность может достигать 1,9, а далее она уменьшается и может находиться в интервале 1,3-1,5. Это согласуется с оценками фрактальных размерностей изломов при статическом разрушении. Наибольшая величина фрактальной размер-ности — 1,26 — была получена при хрупком межзеренном разрушении стали AISI 1008 на масштабном уровне 35-200 хм [142]. Следует подчеркнуть, что ее определение проведено на основе оценки шероховатости всего рельефа. Определенному интервалу изменения шероховатости рельефа соответствовала постоянная величина фрактальной размерности. [c.263] В соответствии с соотношением (5.91) фрактальная размерность, определенная по методу I, представляет собой среднюю величину и включает в себя характеристики по двум взаимно перпендикулярным направлениям. В работе [164] методом II было проанализировано одно из сечений по направлению развития разрушения. Если воспользоваться соотношением (5.91) и оценить значение фрактальной размерности вдоль фронта развития разрушения, то оно составит около 1,89. Это близко к тем значениям, которые были получены непосредственно из эксперимента на алюминиевом сплаве 7075-Т6 [165]. [c.264] Мультифрактальность и самоафинность рельефа излома подразумевает обоснование выбора метода определения размерности с учетом известных кинетических закономерностей роста усталостных трещин. Значение фрактальной размерности может находиться в интервале i Оу 2я2 Dy 3 при описании извилистости траектории линии трещины или поверхности разрушения соответственно. Вопрос об использовании того или иного значения фрактальной размерности может быть решен на основе известных закономерностей кинетики роста усталостных трещин в металлах. Поэтому перейдем к рассмотрению единого синергетического описания этого процесса с использованием фрактальной размерности. [c.264] Процесс усталостного разрушения на всех стадиях роста трещины протекает на разных масштабных уровнях, что, как подчеркнуто выше, характеризуется разной фрактальной размерностью. Существующая зависимость фрактальной размерности от ориентировки профиля рельефа, по которому производится определение фрактальной размерности [142, 162-167], не связана с основой сплава, а отражает природу самого процесса разрушения. Развитие процесса разрушения в разном направлении осуществляется с формированием разной геометрии рельефа, что является само-афинностью рельефа излома, для анализа которой необходимо иметь специальный метод определения их фрактальных характеристик [168]. Одним из таких методов является метод определения фрактально-спектральных характеристик изломов [169]. [c.265] Сущность метода состоит в следующем. В автоматизированном режиме обработки уровня яркости изображения наблюдаемого объекта (поверхности излома) проводится анализ фрактальных характеристик вдоль серии горизонтальных и вертикальных линий. В результате такого анализа получают серии спектров фрактальных характеристик по выбранному для анализа направлению и перпендикулярно к нему. Указанный метод анализа был использован в исследовании поверхностей эксплуатационных изломов трех элементов конструкций с разной морфологией рельефа. [c.265] Формирование рельефа излома кронштейна в эксплуатации произошло в течение длительного периода времени в результате регулярного нагружения кронштейна блоком циклических нагрузок, повторявшихся от полета к полету в момент выпуска и уборки системы механизации крыла. В результате этого излом имел четкую последовательность усталостных мезолиний, отражающих повторяющийся цикл нагружения кронштейна от полета к полету. Между регулярно расположенными в изломе мезолиниями сформированы нерегулярные линии, отражающие колебания уровня нагрузки на кронштейн в пределах каждого полета воздушного судна (рис. 5.7). Представленный фрагмент излома и его спектрально-фрактальные характеристики свидетельствуют о том, что даже в пределах небольшого участка излома имеет место их существенное рассеяние во взаимно перпендикулярных направлениях. Средняя величина фрактальной размерности указывает на необходимость в оценках КИН увеличивать измеряемый размер трещины на 20-30 %, поскольку затраты энергии на рост трещины выше, чем по оценке ее проекции на условную горизонтальную плоскость. [c.265] Закономерности формирования излома титанового сплава ВТ-22 отражают разрушение стойки шасси самолета Ан-74, которое имело место в эксплуатации после весьма кратковременной наработки детали. В материале по поверхности детали на глубине около 1 мм располагался дефектный газонасыщенный альфированный слой с повышенной твердостью, что и привело к быстрому разрушению детали. Преимущественно разрушение прошло в материале квазихрупко, что привело к доминированию фасеточного рельефа, отражающего двухфазовую структуру титанового сплава. Дальнейшее разрушение происходило квазистатически с формированием межзеренного рельефа, по границам которого нарастал ямочный рельеф. Это масштабный макроскопический уровень процесса разрушения (рис. 5.8). [c.265] Первоначальный этап развития разрушения связан с низкой СРТ. На этой стадии продвижение трещины имеет существенную зависимость от кристаллографической ориентировки плоскостей скольжения, что наиболее предпочтительно в жаропрочных сплавах. Трещина движется по извилистой траектории, которая существенно отклоняется от магистрального направления роста трещины. [c.267] Переход к развитию разрушения путем формирования усталостных бороздок сопровождается снижением рассеивания фрактальных характеристик по каждому направлению. В магистральном направлении роста трещины фрактальные характеристики ниже, чем в перпендикулярном направлении, потому что мезо-туннелирование трещины отражается развитой поверхностью излома за счет разрушения перемычек между мезотуннелями. Их высота оказывает существенное влияние на получаемую фрактальную характеристику усталостного излома. [c.267] Фрактально-спектральные характеристики позволяют существенно продвинуться в понимании механизмов разрушения и последовательности событий, которые были реализованы материалом в вершине трещины вдоль всего ее фронта, а также оценить однородность развития разрушения материала в разных направлениях роста трещины. Поверхности изломов в случае развития усталостной трещины с формированием псевдобороздчатого, фасеточного и межзеренного рельефов изломов деталей не имеют регулярно сформированных параметров рельефа. Поэтому об однородности их процесса разрушения и реакции материала на внешнее воздействие по рельефу излома не представляется возможным давать качественную оценку. [c.267] Вернуться к основной статье