ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пенс А. В., Стаут Р. Д., Самерз Б. Р. Вязкость разрушения криогенных сплавов из "Механические свойства конструкционных материалов при низких температурах " Механика разрушения изучает влияние нагружения, длины трещины, формы и размеров детали (конструкции) на сопротивление разрушению материала, имеющего трещины. Целью расчетов, выполненных с использованием механики разрушения, является определение наибольшей допустимой величины действующих напряжений на основании того, что нри заданном сроке эксплуатации имеющаяся трещина не вырастет до критического размера. Срок службы определяют, исходя из минимальной длины трещины, которую можно обнаружить при осмотре, анализа напряженного состояния и зависимостей, полученных экспериментально и характеризующих связь между длиной трещины и параметрами механики разрушения. [c.12] Ирвин и Кейс [6] использовали это уравнение для определения сопротивления разрушению конструкционных материалов G путем измерения критической нагрузки Рс в образце с известной функцией податливости d /dA. [c.13] Вязкость разрушения. Разрушение наступает, когда поле напряжения у вершины трещины достигает критической величины, т. е. К становится равным Кс — вязкости разрушения материала. Подобно пределу текучести величина Кс является механическим свойством материала, которое зависит от температуры, скорости нагружения и структуры. Однако Кс также зависит и от степени развития пластической деформации у вершины трещины. Если область пластической деформации мала по сравнению с размерами образца и длиной трещины, Кс имеет минимальное значение и рассматиравается как константа Kj — вязкость разрушения в условиях плоской деформации. [c.14] Если методика испытаний (размеры образца, процедура нанесения трещины, регистрация кривой нагрузка—смещение и т.д.) удовлетворяет всем требованиям ASTM Е399, то K —Kq. Испытания при низких температурах проводят аналогично испытаниям при комнатной температуре [11]. [c.15] Соотношение (10) полезно использовать при оценке и выборе материала [14]. [c.15] Это уравнение справедливо при условии локализованной пластичности у вершины трещины, т. е. когда о О,8(То,2 или Гу 0,3а, где Гу — поправка на пластичность у вершины трещины [15]. [c.16] Во многих материалах для низких температур, имеющих высокую вязкость разрушения, перед разрушением происходит интенсивная пластическая деформация. Поэтому представления линейной упругой механики разрушения должны быть расширены на упруго-пластическую область. При этом используют три следующих понятия смещение при раскрытии трещины, /-интеграл и У -кривая. [c.16] При малой пластической деформации смещение б в вершине трещины можно рассчитать из предположения, что эффективная длина трещины (ааФФ=а+Гу) больше действительной на Гу-. [c.16] Теоретически разрушение происходит, когда б равняется бс (критическому раскрытию трещины). Практически характерное значение б соответствует лишь страгиванию трещины, а измерение б, отвечающее максимальной нагрузке или окончательному разрушению, дает больший разброс. [c.16] Точность оценки смещения при раскрытии трещины ограничена аналитической и экспериментальной неопределенностью положения области вершины трещины. Аналитически б определяется как смещение на пересечении поверхности трещины с границей упругой и пластической областей. [c.16] Экспериментально б рассчитывают, измеряя смещение на удаление от вершины трещины, поскольку прямое измерение б с надлежап1,ей точностью вряд ли возможно. Дополнительная неопределенность связана с величиной Gy в уравнении (13), которая может меняться на 75 % в зависимости от степени стесненности упругой деформации — показателя, не поддающегося прямому измерению. [c.16] Несмотря на эти недостатки, метод оценки смещения при раскрытии трещины находит широкое распространение, особенно в Великобритании. Использование этой характеристики имеет значительные преимущества перед другими методами линейной упругой механики в пластической области. Получено несколько полезных эмпирических соотношений, связывающих для данного материала смещение с длиной трещины и приложенным напряжением [18]. Методы определения б стандартизированы [19]. Их целесообразно использовать для сравнительной оценки вязкости разрушения материала. [c.17] У -кривые применяют для оценки вязкости разрушения плит, толщина которых не позволяет корректно определять Ki - Этим методом изучены свойства никелевых сталей при температурах до 76 К [31J. Оценки вязкости разрушения по разным критериям могут не совпадать. Так, вязкость по Кю существенно ниже, чем по / -кривой. [c.20] Заключение. Смещение при раскрытии трещины и /-интеграл являются характеристиками процесса разрушения, который описывается как в рамках линейной упругости, так и в случае пластической деформации у вершины трещины. [c.20] Принципиальным ограничением расширения сферы использования обоих критериев бс и Лс является их применимость только в условиях, когда не происходит роста трещины. Значительное повышение сопротивления разрушению, сопровождающее медленный рост трещины, характеризует лишь / -кривая. При проектировании оборудования для работы при низких температурах обсуждаемые характеристики (смещение при раскрытии трещины, /-интеграл и 7 -кривая) использую7 ся только для оценки вязкости разрушения материалов. [c.20] Движущей силой процесса разрушения согласно иред-ставлениям линейной упругой механики разрушения является поле напряжения у вершины трещины, описываемое коэффициентом К. С помощью этого коэффициента можно также охарактеризовать и условия роста трещины при циклическом нагружении, в процессе коррозии под напряжением и в случае водородной хрупкости. [c.21] Коррозионное растрескивание имеет большое значение в технике. Однако пет сведений относительно коррозионного растрескивания при низких температурах. По-видимому, в этих условиях коррозия под напряжением не является столь важной проблемой, поскольку влияние агрессивной среды при низкой температуре ослабевает. [c.22] Водородная хрупкость. Возникновение трещип при постоянно действующем напряжении возможно в оборудовании, в котором имеется водород под высоким давлением. Это явление аналогично коррозионному растрескиванию [39], т. е. инициация трещины является функцией К, причем имеется пороговое значение К, ниже которого металл не разрушается. Разрушение также возможно в результате охрупчивания, обусловленного взаимодействием с водородом, например растрескивание медных сплавов ввиду образования в порах водяного пара под высоким давлением или водородной хрупкости в случае наводороживапия при электроосаждении, При низких температурах разрушений, обусловленных водородной хрупкостью, не наблюдалось. Тем не менее в случае утечки газа из емкостей с жидким водородом в материалах, имеющих температуру, близкую к комнатной, возможно появление водородной хрупкости. [c.22] При проектировании и расчете конструкции большое значение имеет вязкость разрушения. Используя этот параметр, определяют критический размер трещины и скорость роста трещины усталости, с помощью которых оценивают долговечность конструкции. При низких температурах рост трещины под действрем постоянной нагрузки пренебрежимо мал. Однако следует обращать внимание на детали криогенной аппаратуры, имеющие температуру окружающей среды. [c.23] Вернуться к основной статье