Распространение трещины — Динамический характер

Выше отмечено, что проблемы распространения и остановки трещин связаны с инерционными явлениями. Главным недостатком в анализе до сих пор было то, что для определения коэффициента интенсивности напряжений К использовались только статические методы. Если статические методы подходят для рассмотрения возникновения трещины, поскольку напряженное состояние непосредственно до и после возникновения трещины по существу является статическим, то нет уверенности в том, что они применимы к решению проблемы остановки трещин. Фактически процесс распространения трещины имеет динамический характер как перед моментом остановки трещины, так и после него. [c.29]

Феноменологический критерий разрушения, обсуждавшийся в предыдущем разделе, дает грубую оценку разрушения, поскольку здесь предполагается, что образование микроскопических трещин занимает большую часть жизни образца и после слияния в макроскопическую трещину разрушение происходит мгновенно. Однако в реальных конструкциях макроскопические трещины могут появляться и в процессе изготовления, и в процессе службы. Детальное рассмотрение квазистатического роста трещины может дать полезную информацию относительно снижения чувствительности материала к трещинам и для установления критических состояний трещины. Характер динамического распространения трещин, даже в изотропных материалах, изучен не так подробно, как квазистатический рост трещин, поэтому в настоящее время, по-видимому, преждевременно рассматривать применимость полученных данных к описанию разрушения композитов. Мы будем исследовать только квазистатический рост или устойчивость существующей в композите трещины. [c.214]

Например, в случае суперсплава с крупным зерном (поведение I типа) на воздухе наблюдается ускоренная ползучесть и разрушение образца в результате распространения одной-двух трещин, образующихся на внешней поверхности (рис. 13, а). В вакууме (рис. 13, б) разрушение происходит в результате объединения многочисленных полостей, образовавшихся в местах стыка трех зерен внутри образца. На воздухе трещины зарождались в местах пересечения границ зерен с поверхностью (где в результате окисления проис.ходило обеднение выделениями) и распространялись по границам зерен. Еще одна интересная особенность результатов, полученных на воздухе,— наличие ступенек на участках ускоренной ползучести (см. рис. 3 и 4). По-видимому, они связаны с легким образованием трещин в местах выхода межзеренных границ на поверхность (этому соответствуют резкие перепады ступенек) и последующим замедлением или даже прекращением их развития (относительно плоский участок ступеньки). Притупление трещин происходит в окисленном и лишенном фазы у поверхностном слое (рис. 14). Такое прерывистое развитие трещин продлевает продолжительность стадии ускоренной ползучести. Этот эффект имеет, по-видимому, динамический характер, поскольку при испытаниях в вакууме предварительно окисленных образцов такой ступенчатой кривой ползучести не наблюдалось, хотя скорость ползучести и была уменьшена присутствием окалины. При вакуумных испыта- [c.42]

Последнее обстоятельство является основополагающим в рассматриваемой методике определения зависимости Кщ — Утр. Оно основывается на динамическом анализе распространения трещины в ДКБ-образце [96,103, 104]. Из этого анализа следует, что независимо от принятого характера кривой Кщ — существует однозначная зависимость между относительной скоростью распространения трещи- [c.71]

Динамическое нагружение. Известно, что скорость нагружения и распространения трещины оказывает влияние на сопротивление хрупкому разрушению и предельное состояние конструктивных элементов с трещинами. В связи с этим важно знать характеристики вязкости разрушения конструкционных сплавов при динамическом характере их нагружения, обусловленном большой скоростью приложения нагрузки или скоростью распространения трещины. Для материалов различных классов в различных состояниях влияние динамического нагружения на вязкость разрушения может быть различным. На рис. приведены результаты исследования влияния температуры испытаний на характеристики динамической вязкости разрушения [c.203]

Известные в литературе модели хрупкого разрушения тел с трещинами не учитывают изменение реологических свойств материалов в пластически деформируемой зоне у вершины трещины при циклическом нагружении образцов и динамический характер распространения трещины при ее нестабильном развитии и поэтому не позволяют прогнозировать влияние режимов циклического нагружения на характеристики вязкости разрушения и закономерности перехода от усталостного к хрупкому разрушению конструкционных сплавов. Это не позволяет обосновать расчеты предельной несущей способности и долговечности тел с трещинами при циклическом нагружении с учетом стадии их нестабильного развития и ответить на практически важные вопросы в каких случаях циклически нагружаемая конструкция с трещиной разрушится при нагрузках меньших, чем нагрузка, которую она может выдержать при статическом нагружении при каких условиях полное разрушение конструкции произойдет при первом скачке трещины, а при каких — после определенного числа скачков. [c.210]

Распространение трещины — Динамический характер 29 [c.456]

Конечно, дискретный характер роста трещины может привести к серьезным сомнениям относительно справедливости теории, которая строится на предположении непрерьшного роста трещины. Однако исследование процесса динамического распространения трещин методом фотоупругости говорит в пользу справедливости принятия концепции средней скорости распространения трещины Дж.Р. Ирвина. В частности, дискретный характер распространения вершины трещины не влияет на картину полос изохром (см. рис. 4.1), т. е. на напряженно-деформированное состояние окрестности вершины бегущей трещины. [c.123]

В модели распространение трещины трактуется как процесс образования, роста и слияния микроразрушений в пластически деформированном материале в конце трещины. В качестве входных параметров в модели используются результаты измерений на образцах, разрушенных при нагружении волной напряжений. История изменения динамических напряжений в материале рассчитывалась в предположении о двумерном характере распространения волн. [c.120]

Очевидно, что в начальный период циклического нагружения могут преобладать процессы упрочнения (повышение плотности дислокаций и их блокировка в результате динамического деформационного старения), несмотря на развитие пор и субмикроскопических трещин. Поэтому энергия, необходимая для распространения трещины, должна увеличиваться с увеличением числа циклов и тем быстрее, чем больше пластическая деформация за цикл (см. рис. 63) но, начиная с некоторого числа циклов нагружения, процессы повреждаемости становятся преобладающими (начало образования микротрещин), что приводит к резкому снижению значения Схс- Обращает на себя внимание различный характер кривых Схс —в зависимости от амплитуды напряжения при - [c.93]

Во многих случаях при расчетах конструкций и сооружений методами механики разрушения необходимо учитывать инерционные эффекты, возникающие вследствие динамического характера нагружения и движения трещин. Эти факторы могут проявляться как вместе, так и раздельно, в частности для стационарных трещин (когда скорость их распространения равна нулю) при динамическом приложении нагрузки. [c.5]

При рассмотрении динамических задач механики разрушения и определении коэффициентов интенсивности напряжений возникает инерционный эффект, который является следствием динамического характера приложения нагрузки и (или) распространения трещины. Причем этот эффект может быть обусловлен каждым из этих факторов в отдельности. Возможна ситуация, когда при динамическом действии нагрузки трещина стационарна, т. е. скорость ее распространения равна нулю. Трещина может распространяться под действием [c.35]

В связи с возможностью распространения трещин в металле на значительные расстояния, что важно для таких конструкций, как трубопроводы, корпуса кораблей, определяют также удельную работу динамического (быстрого) распространения трещины С .д в листовом металле. Обычно для этих целей используют крупные образцы, позволяющие, во-первых, образоваться у острия трещины такому размеру зоны пластических деформаций, который характерен для реальной конструкции, и, во-вторых, подвести значительную энергию к концу трещины, чтобы имитировать условия разрушения конструкции с большой накопленной потенциальной энергией. Характер кривой при этом сходен с а на рис. 5.4, но кривая Сс.д располагается заметно правее. При этих испытаниях одновременно можно получить результаты для построения кривой В. [c.163]

Характер дальнейшего распространения разреза зависит от устойчивости или неустойчивости состояния тонкой структуры (определяемого внешним полем, см. 4 гл. IV). Если состояние тонкой структуры неустойчиво, то скорость движения разреза будет возрастать, приводя к неустойчивому динамическому режиму роста трещины. Если же состояние тонкой структуры устойчиво, то распространение разреза вскоре прекратится (так как его конец попадает в менее напряженную область) и возобновится только после возрастания внешней нагрузки и увеличения коэффициента интенсивности напряжений до значения, близкого к Ki - Следует подчеркнуть, что это значение не будет равно Ki в силу зависимости напряженно-деформированного состояния окрестности конца трещины в упруго-пластической среде от предшествующей истории деформирования. [c.259]

Характер изменения внутреннего трения и динамического модуля упругости (рис. 5.67, в, е) указывает на существование второго критического уровня приложенных напряжений соответствующего напряжению начала микродеформации в стали, не подвергнутой электролитическому наводороживанию. При о > поглощение водорода металлом происходит после его микропластической деформации, приводящей к образованию в структуре стали локальных полей упругих напряжений. Согласно [185], поля упругих напряжений вызывают формирование областей объемного растяжения решетки - потенциальных водородных ловушек. Попадая в такие ловушки, водород частично теряет свою подвижность, что приводит к замедлению распространения стабильной трещины. Повышенное содержание остаточного водорода обусловлено, вероятно, накоплением водорода в областях объемного растяжения и формированием большого числа дефектов типа микротрещин. [c.297]

Применение активных методов предусматривает введение в контролируемое изделие тепла извне, которое формирует стационарный или динамический нагрев изделия. Методы основаны на исследовании искажений в распределении температуры в дефектных зонах изделия и позволяют обнаруживать воздушные раковины в точечной сварке, глубинные трещины в металлах и диэлектриках, непровар, расслоение клеевых соединений, прожоги и т. п. Наличие в изделиях дефектных зон приводит к понижению или к повышению в них температуры по сравнению с образцовой термограммой. Нагрев может быть стационарным, в результате которого получают равномерный нагрев всей поверхности контролируемого изделия, и динамический - нагревают какую-либо часть изделия и наблюдают характер распространения тепла по изделию. Нагрев осуществляют различными источниками тепла - световыми, электрическими, лазерными и т. д. [c.213]

Обобщение результатов исследований закономерностей стабильного и нестабильного развития усталостных трещин, характеристик вязкости разрушения конструкционных сплавов различных классов при статическом, циклическом и динамическом нагружениях при различных температурах и вариантах термической обработки образцов различных толщин, изложенных выше, позволило предложить и обосновать модель разрушения конструкционных сплавов с трещинами при циклическом нагружении fl65], которая учитывает влияние цикличности нагружения на изменение реологических свойств материала в пластически деформируемой зоне у вершины трещины и динамический характер распространения трещины после ее страгивания. Модель позволяет прогнозировать соотношения значений характеристик вязкости разрушения при различных видах нагружения и кинетику нестабильного развития усталостных трещин для материалов различных классов в зависимости от режимов циклического нагружения. [c.210]

Сейчас механика разрушения является одной из наиболее бурно развивающихся областей механики. К числу основных направлений ее исследований относятся проблемы разрушения в условиях значительных пластических деформации, разработки методов механики разрушения неметаллических материалов (композиты, керамика, полимеры, бетон, горные породы и т. д.), изучение распространения трещин при динамическом нагружении и при наличии агрессивных сред, прогнозирование ресурса и падежиости алементов конструкции с учетом случайного характера возникповения и развития в них дефектов. Не следует забывать и о положительных аспектах разрушения и связанных с этой задачей проблемах облегчение разрушения при резании, разрушение нри извлечении ценных пород и др. [c.70]

Динамические фотоупругие исследования композитов сравнительно немногочисленны. Хантер [37] описал предварительное динамическое фотоупругое исследование распространения волны в модели композита. Двумерная модель, состоящая из чередующихся полос материалов волокна и матрицы , подвергалась взрывной нагрузке на одном конце при фотографировании динамических картин полос в качестве источника света применялся лазер с модулированной добротностью. Исследование носило качественный характер, а модель была нереалистической, поскольку отношение динамических модулей материалов волокна и матрицы составляло всего 1,61. Автор [16, 17] провел фотоупругое исследование динамики распространения трещин в более реалистической модели волокнистого композита. Цель этой работы заключалась в изучении распространения в матрице однонаправленного волокнистого композита трещины, возникающей при разрушении одного внутреннего волокна. Внезапно высвобождающаяся энергия обычно вызывает распространение трещины по направлению к соседним волокнам. Постановка эксперимента и результаты этого иследования вкратце описываются ниже. [c.540]

Таким образом, испытания ДКБ-образцов, проведенные по изложенной методике, в сочетании с обработкой результатов по формулам (2.40)-(2.43) (при расчете Кщ) и данными рис. 2.36, определяющими Утр, позволили получить зависимости динамической вязкости разрушения от скорости распространения трещины Кщ — У р (рис. 2.39). Значения К,д при У р = 0, т.е. в момент ее инициации, соответствуют таковым К с, определяемым обычными методами при статическом нагружении [8]. Характер кривых подтверждает существование минимальной динамичеекой вязкоети разрушения К] , п для иепытанных малоуглеродистых сталей. При этом, как показали результаты иепыта-ний, значения К , рассчитанные по статической схеме, оказываются меньше К п, , и зависят от относительной длины остановившейся тре- [c.76]

Строгое математическое исследование процесса динамического роста трещины в твердом теле можно осуществить лишь для простейших геометрий и простейших видов нагружения. ТакогО рода работы оказали решающее влияние на выявление основополагающих принципов в данной области. Однако уровень детализации, необходимый для разделения чисто геометрических эффектов и эффектов, обусловленных свойствами материала,, в опытах по распространению трещины или при попытке предсказать характер распространения трещины в данном материале 11едостижим при использовании строгих математических методов. Таким образом, особую важность приобретают исследования динамического роста трещины в материалах, осуще--ствляемые путем моделирования на ЭВМ, в том числе с применением вычислительных программ большого объема. Характер моделей, развитых к настоящему времени для исследования процессов разрушения, в значительной степени зависит от характера вычисляемых величин хорошо зарекомендовали себя дискретные системы, построенные при помощи методов конечных разностей, методов конечных элементов или моделирования атомно-молекулярной структуры материала. Ниже приведены иллюстрации применения таких систем. [c.119]

Аналитические решения такого рода уравнений получены для задач в идеализированной постановке (плоскость с полу-бесконечной или конечной трещиной, пространство с дисковидной трещиной и т. д.) при воздействии гармонических и ударных нагрузок (достаточно полный их обзор дан в работах [148, 177, 178, 199, 220, 271]. Однако эти решения дают представления о реальном поведении конструкции конечных размеров только в начальный период времени (до прихода в вершину трещины волн напряжений, отраженных от границ тела). Кроме того, они не учитывают разнородности материала конструкции по механическим свойствам, изменения граничных условий по-берегам трещины в процессе ее продвижения траектория трещины считается прямолинейной, а удельная эффективная энергия, затрачиваемая на образование новых поверхностей yf, принимается постоянной и не зависящей от скорости деформирования. Очевидно, что с помощью методов, имеющих указанные ограничения, навряд ли можно дать надежные оценки работоспособности элементов конструкций сложной формы и характера нагружения. Поэтому широкое распространение получили численные методы расчета динамических параметров механики разрушения [177, 178]. [c.241]

НДС, что соответствует условию Т =1 с [J рассчитывается с учетом кинетической энергии по формуле (4.81)], осуществлялись старт трещины и ее распространение в условиях возрастания внешней нагрузки (рис. 4.29,а). Критерием продвижения трещины является соблюдение автомодельности НДС в ее вершине, которое осуществляется путем выбора СРТ v dLldx. Расчет НДС осуществлялся МКЭ в динамической упругопластической постановке, моделирование развития трещины производилось в соответствии с методом, изложенным в подразделе 4.3.1. Кинетика НДС, v и Г -интеграла, вычисленного для различных типов контуров интегрирования, представлена на рис. 4.29. Видно, что для обеспечения условия автомодельности НДС в вершине движущейся трещины скорость ее роста v должна непрерывно возрастать (при данном характере нагружения). Зависимости T AL) имеют те же особенности, что и в случае квазистатического нагружения. Наиболее стабильное поведение имеет величина Т, что позволяет использовать ее [c.263]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...