Подобие процессов разрушения

Неизменное влияние асимметрии цикла на кинетику усталостных трещин в условиях подобия процесса разрушения материала в направлении роста трещины, при прочих равных условиях, реализуется во многих случаях и описывается по аналогии с (6.4) или (6.5) в виде полинома (см. приложение к главе 5)в виде [37-39] [c.300]

МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОДОБИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ [c.231]

В качестве критериев подобия процесса разрушения удобно принять следующие комбинации комплексов П , не содержащие дробных степеней основных параметров (10.29) [c.233]

Рассмотрение механического подобия процессов разрушения было бы неполным без обсуждения условий моделирования устойчивости равновесных трещин. [c.236]

Сохраняя обозначения, принятые выше при исследовании подобия процесса разрушения, для анализа условий моделирования критического состояния равновесной трещины рассмотрим следующую группу основных параметров [c.236]

Свойства жидких и твердых сред отличаются обычно за счет того, что возникающие напряжения определяются в жидкости скоростями деформаций, а в твердых телах — деформациями. Отмеченное имеет место при относительно низких скоростях деформирования. С увеличением происходит сближение свойств жидких и твердых сред жидкость, как известно, начинает проявлять свойства твердых тел (вплоть до хрупкости), а в твердых телах напряжения начинают зависеть от При высоких скоростях деформирования возможно также подобие процессов разрушения жидких и твердых сред. [c.30]

Таким образом, параметры механики- разрушения в общем представляют собой коэффициенты подобия, и преимущество ее использования как раз и состоит в том, что, определив коэффициенты подобия полей напряжений и деформаций, без рассмотрения и детального описания тонких процессов деформирования и разрушения материала у вершины трещины, можно прогнозировать развитие макроразрушения. Отказ от анализа процессов разрушения у вершины трещины привел к необходимости экспериментального получения большого количества эмпирических зависимостей, так как подобие НДС можно было обеспечить при весьма узком диапазоне изменения уровня и характера нагружения. Но это приемлемо только при оценке относительно просто нагружаемых конструкций, в случае же ответственных высоконагруженных конструкций прямое использование механики разрушения может не дать достаточно надежных результатов, что заставляет вернуться к подробному [c.188]

Фрактографические исследования связаны с установлением соответствия между рельефом поверхности разрушения и видом силового воздействия, а также условиями нагружения. Считают [7], что критерием правильной расшифровки информации о процессе разрушения в результате анализа эксплуатационного излома является воспроизведение подобного рельефа излома в лабораторных условиях. Такое представление о подобии разрушения в лабораторном опыте и в условиях эксплуатации достоверно только с точки зрения подобия реакции материала на воздействие в опыте и в эксплуатации. Как будет показано далее, развитие разрушения с формированием того или иного рельефа излома является автомодельным процессом, который может быть реализован в различных условиях нагружения. [c.81]

Условия нагружения элемента конструкции, как правило, могут быть реализованы в широком диапазоне варьирования температуры, частоты нагружения, асимметрии цикла путем силового воздействия на элемент конструкции по нескольким осям при разном соотношении между величинами компонент нагружения и т. д. Реальные условия многопараметрического эксплуатационного нагружения материала, воплощенного в том или ином элементе конструкции, ставят вопрос об использовании интегральной оценки роли условий нагружения в развитии процесса разрушения. В связи с этим необходимо введение представления об эквивалентном уровне напряжения для проведения расчетов с использованием новой характеристики напряженного состояния материала в виде эквивалентного КИН. Использование эквивалентной величины в свою очередь требует получения сведений о закономерностях процесса разрушения в некоторых тестовых или стандартных условиях циклического нагружения материала, в которых осуществлено построение базовой или единой кинетической кривой. Параметры кинетической кривой в стандартных условиях опыта становятся характеристиками только свойств материала. Разнообразие реальных условий нагружения материала, в том числе и влияние геометрии элемента конструкции, рассматривается в условиях подобия путем сведения всех получаемых кинетических кривых к базовой или единой кинетической кривой. Поэтому влияние того или иного параметра воздействия на кинетику усталостной трещины в измененных условиях опыта по отношению к тестовым условиям испытаний может быть учтено через некоторые константы подобия. Они выступают в качестве безразмерного множителя. [c.190]

Напряженное состояние материала в средней части фронта трещины всегда остается объемным, что обеспечивает сохранение подобия по напряженному состоянию материала для конкретного элемента конструкции в широком спектре варьируемых условий внешнего воздействия. Последовательность реакций материала на последовательность внешних нагрузок будем в дальнейшем характеризовать величинами (о ),, являющимися последовательностью эквивалентных напряжений каждого цикла внешнего силового нагружения в процессе роста усталостной трещины. Последовательное развитие трещины от начального размера до критической длины а , отвечающей достижению точки бифуркации в связи с началом нестабильного процесса разрушения, когда происходит разрушение твердого тела без подвода энергии извне, характеризует конечное число Пр приращений 8,. Величина Пр представляет собой число циклов нагружения элемента конструкции или образца в процессе распространения усталостной трещины. Это позволяет охарактеризовать длину стабильно развивающейся трещины как [c.202]

Влияние возрастания частоты нагружения при неизменной влажности на процесс разрушения приводит к снижению скорости роста усталостных трещин. Оно сопровождается одновременным снижением шага усталостных бороздок в различных конструкционных материалах на основе железа, алюминия, титана и никеля и др. [14-20]. Количественная оценка этого влияния может быть проведена путем выявления границ, внутри которых сохраняется неизменным ведущий механизм разрушения независимо от того, какие именно взаимодействующие процессы приводят к этому механизму. При таком подходе к анализу влияния частоты нагружения на процесс роста трещин, устанавливаемые соотношения будут устойчивыми, и они будут отвечать условиям подобия в пределах между двумя соседними точками бифуркации. Между этими точками изменения кинетических парамет- [c.347]

Экспериментальные исследования проводятся как на натурных конструкциях, так и на их моделях, выполненных с соблюдением необходимых условий подобия. Эти исследования широко применяются при изучении механических свойств материалов, испытаниях натурных конструкций на прочность, изучении процессов разрушения материалов и конструкций. [c.526]

В настоящей главе рассматривается круг вопросов, связанных с теорией и методами моделирования процессов циклического нагружения элементов машин. Обсуждаются возможности приложения методов подобия и моделирования к задачам ползучести и разрушения конструкций. Рассматривается масштабный эффект при моделировании процессов разрушения. [c.217]

Выражение (10.9) представляет собой важное уравнение, описывающее процесс разрушения после образования начальной макротрещины. Это уравнение позволяет произвести анализ механического подобия при циклическом нагружении и является основным в теории моделирования процесса усталостного разрушения [17]. [c.221]

Безразмерная зависимость (10.11) с точки зрения теории подобия является критериальным уравнением процесса разрушения. Исследование соотношения (10.11) позволяет сделать вывод, что относительная длительность разрушения не зависит от уровня напряжений и от абсолютных размеров тела. Она представляет собой возрастающую степенную функцию коэффициента концентрации напряжений ад и зависит от относительных размеров детали [c.221]

В двух предыдущих разделах ( 10.1, 10.2) рассматривались частные вопросы моделирования процессов разрушения применительно к циклическому нагружению конструкций. Ниже дается анализ моделирования равновесных состояний и кинетики процесса разрушения упругих и упруго пластических тел на основе общих методов анализа размерностей. При исследовании движения трещины учитывается вязкость материала и динамические характеристики процесса. Обсуждаются вопросы подобия при моделировании устойчивости равновесных трещин. Явления масштабного эффекта, связанные с нарушением условий статистической тождественности свойств материалов, существенные при моделировании абсолютных характеристик прочности, здесь не рассматриваются. [c.232]

Из определения подобия двух явлений следует тождественность критериальных уравнений (10.32) для процессов, происходящих в модели и натуре. Можно утверждать также, что для геометрически подобных образцов с подобным распределением внешних нагрузок относительные размеры трещин в процессе разрушения будут одинаковыми [c.234]

II. ПОДОБИЕ ПРОЦЕССОВ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ, ПОЛЗУЧЕСТИ И РАЗРУШЕНИЯ [c.272]

Указанный закон подобия нарушается только для весьма мощных взрывов из-за сравнительно большого влияния силы тяжести и для хрупких материалов, к которым, строго говоря, неприменимы теории предельного состояния. Разрушение идеально-хрупких тел под действием взрыва в общем случае описывается тремя константами Kj , Ku и Кшс, размерность которых отлична от размерности напряжения. Сам процесс разрушения можно представить себе как процесс развития и размножения динамических трещин вследствие ветвления. Начальные трещины, выходящие на границу зарядной камеры и служащие очагом разрушения, не влияют на размер R разрушенной области, так как их длина значительно меньше R. Поэтому для идеально-хрупких тел вместо допущения б) можно принять следующее предположение, ограничившись лишь трещинами нормального разрыва [c.450]

Энтропийный критерий длительной прочности формулируется Следующим образом. Разрушение элементарного объема материала происходит в тот момент времени, к которому в нем накопится некоторое предельное значение плотности энтропии s . Еще М. Борн обратил внимание на подобие процессов плавления и разрушения.. Энтропия, которую необходимо подвести к единице массы (или объема) вещества, находящегося при абсолютном нуле, для того чтобы расплавить его, может рассматриваться как константа материала, равная s . В действительности нам приходится иметь дело с материалами, которые к моменту их силового или теплового нагружения находятся при некоторой температуре Т>0 (по абсолютной шкале). При этом в единице массы (или объема) рас- сматриваемого материала уже содержится некоторая начальная энтропия So- Заметим, что эта начальная энтропия зависит не только от температуры, но и от накопившихся к моменту начала нагружения внутри материала дефектов структуры (дислокаций и т. п.). Тогда, в соответствии с приведенной выше формулировкой критерия, накопленная в процессе силового и теплового нагружения внутри единицы объема материала энтропия As в момент разрушения должна удовлетворять соотношению [c.208]

Анализ разрушения следует проводить с позиций физики прочности, механики разрушения и металловедения в сочетании с положениями теории подобия. Многообещающим представляется также анализ процесса разрушения с позиций синергетики —- нового научного направления, устанавливающего законы, общие для живой и неживой природы. С позиций синергетики общие закономерности в такой области, как разрушение материалов, можно установить путем определения точек бифуркаций, отвечающих неравновесным фазовым переходам, связанным в данном случае со сменой микромеханизма разрушения, тот переход носит дискретный характер, а параметры, отвечающие этому переходу, являются фундаментальными, подлежащими определению в опыте. [c.10]

Я. Б. Фридманом [30] было показано, что при анализе подобия механических явлений необходимо учитывать динамику и кинетику процесса разрушения. При рассмотрении процесса хрупкого разрушения материала Я. Б. Фридман включил в число определяющих параметров следующие X, Р, I, Е, k, р, 7, т с размерностями [c.43]

Применение теории подобия к решению прикладных задач прочности и усталостного разрушения было предметом исследования многих авторов обзор исследований дан в работе [31]. Применение теории подобия к анализу разрушения в общем случае требует использования большого числа критериев подобия, что затрудняет их использование при моделировании процесса разрушения. Задача о разрушении тела с трещиной в условиях плоской деформации существенно упростилась после того, как удалось описать поля деформации и напряжений у вершины трещины с помощью единственного параметра К — коэффициента интенсивности напряжений. Это позволило рассматривать распространение трещины в условиях плоской деформации как автомодельный процесс [6, 32]. [c.44]

Как уже отмечалось, для моделирования автомодельных процессов разрушения требуется один критерий подобия. Рассмотрим этот критерий применительно к условиям статического нагружения на одном и том же материале в условиях субкритического роста трещины. [c.46]

Кинетические кривые, построенные по шагу усталостных бороздок для различных значений X (рис. 78), полностью совпали. Этот результат свидетельствует о том, что влияние второй составляющей нагружения на кинетику сквозных усталостных трещин выражается в эквидистантном смещении кинетических кривых. Использование соответствующей поправочной функции на влияние двухосного нагружения позволило свести все полученные кинетические кривые к единой кривой, полученной с использованием представления о подобии процесса усталостного разрушения при реализации механизма формирования усталостных бороздок. [c.155]

Между наклонным и горизонтальным участками кривой усталости наблюдается некоторая корреляция, что часто кладут в основу тех или иных описаний всей кривой усталости. Так, например, Институт металлургии АН СССР выдвинул гипотезу энергетического подобия усталостного разрушения и плавления металлов. На. основании этой гипотезы процесс усталостного разрушения металла рассматривается как состоящий из трех последовательных периодов. [c.16]

Модели из эквивалентных материалов изготавливаются с соблюдением геометрического и механического подобия натуре. В качестве показателей деформирования и разрушения пород моделируемого объекта используются прочность иа сжатие / сж и растяжение Яр, угол внутреннего трения ср и сцепление с модуль упругости Е и коэффициент Пуассона При изучении процессов разрушения необходимо соблюдать следующие условия подобия [c.140]

Другие исследователи исходят из равенства энергий, идущих на процессы плавления и разрушения, или подобия механизмов элементарных актов плавления и пластического деформирования. [c.326]

Снижение предела выносливости с увеличением размеров детали получило название масштабного эффекта. Этот эффект следует рассматривать как очевидное следствие того, что максимальное напряжение в образце, а тем более в детали, не характеризует полностью процесс усталостного разрушения, а предел выносливости, как уже указывалось, не выражает в чистом виде свойств материала. Статистический характер возникновения микротрещин тесно связан с неоднородностью напряженного состояния в пределах малых объемов, и геометрическое подобие, как критерий для оценки усталостного разрушения, потребовало бы геометрического подобия всех кристаллов в структуре и даже геометрического подобия их строения. Но эти условия при переходе от малого образца к большому не соблюдаются. Естественно поэтому, что не сохраняя полного геометрического подобия, мы не получаем и силового подобия. [c.490]

Таким образом, идея энергетического подобия процессов разрушения и плавления оказалась весьма плодотворной при рассмотрении различных вопросов пластической деформации и разрушения. Судя по всему, основа этого энергетического подобия заключается в образовании фрактальных областей предразрушения и предплавления металлов. Эти нысокоэнерх етичные области с дробной размерностью должны быть идентичны по своим свойствам вне зависимости от характера вызвавшего их проце 1. [c.330]

Геометрически подобндле образцы, удовлетворяющие критериям кинетического подобия, позволяют судить по данным испытаний моделей о положении фронта трещины, скоростях процесса разрушения и относительных величинах длительности разрушения натурных деталей [17]. Эти-модели оказываются полезными при сравнительных испытаниях и оценке преимуществ различных вариантов конструкций. Существенным недостатком геометрически подобных моделей является зависимость их механических свойств от абсолютных размеров образцов ( 10.6). Наличие масштабного эффекта делает геометрически подобные модели непригодными для суждения об абсолютных значениях прочности и долговечности натурных изделий. Поэтому оценка масштабного фактора при механических испытаниях совершенно необходима для правильного истолкования результатов экспериментов на моделях [ПО, 281. [c.218]

При прогнозировании поведения корпусов автобусов при ударе изучался процесс разрушения труб прямоугольного поперечного сечения. Исследования ударного нагружения моделей проводились Лауэ и его коллегами [9]. Авторы использовали данные безразмерного анализа для вычисления действительных параметров и установления формулы сопротивляемости разрушению. В качестве коэффициентов подобия модели и реальной конструкции натуральных размеров были выбраны следующие параметры xlL oJpV -, b L ablV -, t/b, где x — длина смятия L — длина автомобиля — предел текучести р — плотность V — скорость удара Ь — ширина автомобиля а — ускорение t — толщина стенок амортизатора. [c.130]

Необходимо отметить подобие зависимости, приведенной на рис. 5.4, а, с зависимостью трещиностойкости мягкой стали от скорости разрушения. Минимальная трещиностойкость для этого материала достигается при скорости распространения трещины 0,16с2- Все сказанное говорит в пользу возможности моделирования процессов разрушения на полимерах. [c.126]

Теория подобия еще не получила должного использования в практике испытаний на трещиностойкость и при фрактографйческих исследованиях. Необходимость применения теории подобия при анализе роста трещин очевидна, так как значение коэффициента интенсивности напряжения при достижении предельного состояния в данных температурно-силовых условиях нагружения зависит от реализуемого на фронте трещины локального напряженного состояния, которое может быть различным, несмотря на реализацию одной и той же. плотности энергии деформации. Это связано с тем, что при постоянной плотности энергии деформации в зависимости от скорости движения трещины реализуются различные микромеханизмы разрушения, контролирующие скорость процесса разрушения. [c.40]

Скорость разрушения определяется кооперативными процессами, прол исходящими на микро- и макроуровнях, и поэтому необходим учет как прочности межатомной связи в бездефектной кристаллической решетке, так и характеристик прочности и пластичности материалов с дефектами — дислокациями, вакансиями и т. п. на микро- и макроуровнях с учетом влияния исходной структуры на характеристики прочности и пластичности. В связи со сложностью поставленных механикой разрушения задач прямого эксперимента недостаточно для определения общих закономерностей разрушения материала с трещиной, а требуется привлечение подходов физики разрушения, позволяющих вникнуть в суть механизма явления. Но и это о мало, так как необходимо учитывать сложные по своему содержанию микропроцессы, оказывающие неоднозначное влияние на макропроцессы, определяющие в конечном итоге скорость разрушения. Переход от микроразрушения к макроразрушению может быть достигнут путем учета масштабного подобия. Это требует привлечения к а 1ализу механики трещин наряду с физикой прочности также теории подобия и анализа размерностей [28, 29]. Для применения теории подобия необходимо иметь большой объем предварительных данных и конкретных физических идей, позволяющих вывести уравнение, определяющее процесс. Если уравнение не удалось вывести, то применяют анализ размерностей [29]. Подходы механики разрушения позволяют рассматривать процесс разрушения как автомодельный, что упрощает решение задач механики трещин, ибо в условиях автомодельности необходимым и достаточным условием обеспечения подобия локального разрушения является использование только одного критерия подобия. К тому же теория подобия является своеобразной теорией эксперимента, так как позволяет установить, какие параметры следует определять в опыте для решения той или иной задачи [28]. Неучет этого фактора при определении критериев линейной механики разрушения привел к известным трудностям и к необходимости раздельного определения статической Ki . динамической Кы и циклической /С/с трещиностойкости. Однако каждый из указанных критериев, определенных экспериментально, без учета подобия локального разрушения, даже при одном и том же виде нагружения часто не дает сопоставимых значений из-за влияния степени стеснения пластической деформации на микромеханизм разрушения. [c.41]

Используя это уравнение , можно моделировать процесс разрушения упруговязкого тела, так как для двух подобных явлений их безразмерные уравнения совпадают. Это позволяет представить критериальные уравнения в виде соотношений мёжду критериями подобия. Из определения критерия подобия, например, P/(Ef)=iA m, следует, что [c.44]

При многоцикловом усталостном разрушении (гл. 3 и 4) существенное значение имеет учет рассеяния усталостной долговечности на стадиях образования и развития трещины и расчет долговечностм по параметру вероятности разрушения. Для расчета функций распределения ресурса fio критерию начала образования трещины необходимо знать средние значения и коэффициенты вариации пределов вы-вослнвости натурных деталей. Используемые для этого методы, изложенные в ГОСТ 25.504—82 и основанные на статистической теории подобия усталостного разрушения, получили дальнейшее развитие применительно к более широкому ряду типоразмеров деталей, материалов и других факторов. В справочнике приведены методы схематизации случайных процессов на-груженности (метод дождя и др.) и вероятностные методы расчета уста- [c.7]

В книге излагаются основные заиономерности механики замедленного циклического и быстропротекающего хрупкого разрушения материалов в зависимости от условий нагружения, вида напряженного состояния, механических свойств и структуры материала, рассматриваются соответствующие модели процессов деформирования я возникновения разрушения в вероятностной трактовке, а также кинетика развития трещин. Влияние нестационарной атружеяности на разрушение анализируется иа основе гипотез о накоплении повреждения. Предложен расчет а прочность по критерию сопротивления усталостному и хрупкому разрушению в связи с условиями подобия и учетом температурно-временных факторов, дается оценка вероятности. разрушекия. [c.2]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...