Трещина Напряжения в вершине

Основные методы вычисления КИН можно разделить на следующие прямой метод, метод линейного интегрирования и метод податливости. Прямой метод вычисления КИН наиболее очевиден и основывается на том факте, что распределение напряжений или перемещений вблизи вершины трещины описывается зависимостями, однозначно связанными с КИН. Зная распределение напряжений или перемещений вблизи вершины трещины, можно определить величину КИН. Как показывают расчеты, для вычисления КИН этим методом нужна очень мелкая сетка К 5, что приводит к большим потребностям в оперативной памяти и времени счета на ЭВМ [270, 294, 299, 432]. К прямым методам можно отнести также методы, в которых используется специальный элемент, учитывающий вид особенности напряжений в вершине трещины [291]. В этом случае количество КЭ, необходимое для определения КИН, значительно сокращается. [c.195]

Так как напряжение на поверхности концентрируется в вершине надреза или в области дефекта, там и происходит быстрый рост трещин. Поверхностные дефекты (например, питтинги или усталостные трещины) действуют как эффективные концентраторы напряжений. К тому же в достаточно глубоких поверхностных дефектах электрохимический потенциал, как отмечалось ранее, отличается от потенциала поверхности состав и pH раствора в местах поражений также изменяются вследствие работы элементов дифференциальной аэрации. Эти изменения в сочетании с повышенным локальным напряжением способны инициировать КРН или ускорить рост трещины. Именно поэтому титановые сплавы с гладкими поверхностями устойчивы к КРН в морской воде, но разрушаются, если на поверхности образовались коррозионноусталостные трещины [44]. Действительное напряжение в вершине трещины глубиной а в напряженном пластичном твердом теле может быть рассчитано как коэффициент интенсивности напряжения Ki- Для образца, изображенного на рис. 7.9, Ki вычисляется по формуле [45, 46] [c.146]

Рис. 7.10. Влияние интенсивности напряжения в вершине трещины на скорость распространения трещины

Представляет интерес определение динамического коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины, проходящей по границе раздела жесткого включения и упругой среды. [c.520]

Kif. — коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины в момент перехода к самопроизвольному разрушению в условиях плоской деформации, [c.4]

Реальные материалы разрушаются при значительно более низких напряжениях, чем теоретическая прочность на отрыв или на сдвиг. Это снижение прочности материалов обусловлено наличием в реальных телах различного рода дефектов, в том числе и трещин, концентрация напряжений в вершинах которых превосходит теоретическую прочность. Предположение о наличии таких дефектов впервые было сделано Гри итсом [376]. Рассматривая общее изменение энергии тела с увеличением длины трещины, Гриффитс показал, что трещина начинает катастрофически расти при напряжениях, превышающих [c.188]

Красовский А. Я. и Вайншток В. А. [3841 обратили внимание на необходимость учета перераспределения напряжений в вершине трещины, обусловленного не только пластическим течением, но и анизотропией упругих свойств кристалла. При таком подходе сравнение систем скола (плоскость — направление) по величине энергии, поглощаемой в процессе образования в вершине трещины пластической зоны, показывает, что системы с плоскостями (100) наиболее благоприятны для скола. [c.190]

Созданию высокой химической активности в вершине трещины содействует и механический фактор. Как известно, механические напряжения в вершине трещины очень высоки. Даже при низких значениях интенсивности напряжений материал в вершине трещины находится под действием напряжений, близких к пределу текучести. Это создает благоприятные условия для прохождения в вершине трещины локальных деформаций, в результате чего на кромках ступеней сдвига (в местах выхода дислокаций на поверхность) плотность анодного тока может резко увеличиваться. Оба фактора не только способствуют повышению плотности анодного тока, но и содействуют в этом друг другу. Например, если структура и состав сплава таковы, что в нем имеются выделения по границам зерен, отличающиеся по электрохимическим характеристикам от матрицы, то потенциальная чувствительность к межкристаллитной коррозии может быть реализована путем прохождения в вершине трещины пластических деформаций, разрушения пассивной пленки и активации анодных процессов по границам зерен. Это же положение относится в полной мере и к сегрегациям внутри твердого раствора, когда суще- [c.57]

Мало зависит от общей пластичности металла. На рис. 62 показано изменение относительного сужения )// в предельно остром надрезе образцов трех сплавов. Следует отметить, что кривые предельной пластичности надрезанных образцов при разрушающем числе циклов более 10 сходятся к примерно одинаковому значению пластичности в надрезе, равному 1 %. Скорость распространения трещины при малоцикловых испытаниях зависит не только от уровня интенсивности напряжений в вершине трещины, но и от прочности и фазового состава сплавов. [c.103]

В общем случае многоосного внешнего воздействия поле напряжений в вершине трещины в любой точке характеризуют всеми тремя коэффициентами интенсивности напряжения, что [c.102]

Соотношения (2.10) и (2.11) свидетельствуют о необходимости введения корректировок в определяемую вязкость разрушения не только на геометрию образца, но и на геометрию фронта трещины. Ее длина определяется пластическими свойствами материала и различиями в напряженном состоянии материала вдоль фронта трещины. Применительно к плоскому элементу конструкции имеет место зависимость вносимой энергии в образец при его одноосном растяжении от ширины пластины (2.4). Это связано с тем, что по мере увеличения ширины пластины появляется возможность немонотонного нарушения сплошности материала в результате релаксации напряжений после страгивания трещины в условиях вязкого поведения материала. Трещина производит скачкообразное перемещение, после чего происходит релаксация напряжений в вершине переместившейся трещины и она останавливается. Для ее дальнейшего продвижения нужно повысить уровень напряжения, что сопровождается следующим скачком трещины. После каскада скачков трещины происходит окончательное разрушение пластины. [c.108]

Анализ напряженного состояния при вариации параметра показал, что ведущую роль в развитии трещины играет процесс разрушения при нормальном раскрытии ее берегов [80]. Трещина распространяется перпендикулярно к максимальному растягивающему напряжению в вершине трещины. [c.312]

Итак, выполнение отверстий в элементах конструкций, как наиболее простой технологический прием, может быть эффективно при использовании способов задержки распространения усталостных трещин. Установка втулок в отверстия и использование стяжных элементов позволяет существенно усилить эффект уменьшения концентрации напряжений в вершине усталостной трещины за счет ее притупления. Расположение стяжных элементов иод углом 45" к плоскости трещины создает предпосылку для возникновения взаимного перемещения берегов трещины в продольном направлении под действием растягивающей эксплуатационной нагрузки. Это приводит к контактному взаимодействию берегов уже сформированной трещины, к снижению ее раскрытия под действием эксплуатационных нагрузок и, в конечном итоге, к уменьшению скорости последующего роста трещины. [c.455]

Обращенная к матрице вершина трещины испытывает поддержку (сопротивление) матрицы, величина которой зависит от модуля упругости и предела пропорциональности материала матрицы. Если в матрице происходит пластическое течение, эта поддержка исчезает, что усиливает эффект концентрации напряжений В вершине трещины, обращенной к матрице. Теория учитывает эти явления лишь значением постоянной В в уравнении (8). Тем не менее влияние сопротивления матрицы росту трещины было установлено экспериментально соответствующие результаты будут-приведены ниже. [c.153]

Таким образом, было установлено, что при максимальной глубине трещины, развившейся в вершине острого концентратора напряжений, в этом месте возникают на- [c.16]

Присутствие в опасной зоне детали остаточных напряжений сжатия и особенности их распределения по сечению детали также могут вызвать изменение ноля суммарных напряжений в вершине развивающейся трещины и привести к ее остановке. [c.18]

Напряжение СТа можно связать с размером зоны действия концентратора напряжений, характеризующимся коэффициентом Kt,. При этом, чем острее надрез, тем меньше зона его действия и соответственно меньше коэффициент К,%. Когда трещина, зародившаяся в вершине надреза, достигнет определенной длины и выйдет из зоны влияния надреза (зоны пика напряжений), номинальное напряжение 02, необходимое для ее дальнейшего развития, должно быть тем больше, чем острее надрез или чем меньше коэффициент Кх- [c.21]

Таким образом, цикл напряжений в вершине трещины (цикл 3—4) изменяется от симметричного к асимметричному, сопровождаясь появлением растягивающего среднего напряжения. Если теоретический коэффициент концентрации напряжений в вершине трещины сат мало отличается от коэффициента концентрации в вершине надреза, то размах нового измененного цикла может существенно уменьшиться по сравнению с исходным циклом нагружения. [c.23]

Изменение поля напряжений у вершины усталостной трещины при нагружении по отнулевому циклу сжатия. При знакопостоянном цикле напряжений сжатия развитие трещины в концентраторах напряжений происходит в полуцикле разгрузки под действием образовавшихся в полуцикле нагружения остаточных напряжений растяжения. Если сжимающие напряжения от внешнего нагружения превосходят предел текучести, образуя пластически деформированную зону у вершины концентратора, то при разгрузке в этой зоне возникают остаточные напряжения растяжения. В связи с этим при нагружении образца или детали по знакопостоянному циклу сжатия в вершине концентратора реально осуществляется знакопеременный цикл напряжений, сжимающая часть которого определяется внешней нагрузкой, а растягивающая — остаточными напряжениями. При возникновении и развитии усталостной трещины, как показал Л. Хаббард, пластическая зона у вершины концентратора не меняется, а остаточные напряжения растяжения у вершины трещины уменьшаются номере ее роста. Таким образом, амплитуда действительного цикла напряжений в вершине трещины уменьшается, вызывая замедление скорости ее роста и остановку. Так, при исследовании развития усталостных трещин в алюминиевом сплаве с высоким пределом текучести в условиях сжатия на плоских образцах с центральным отверстием было показано, что с увеличением длины трещины по мере прохождения ее через пластическую зону скорость роста трещины непрерывно уменьшается. [c.26]

Упругопластические деформации при знакопеременном цикле напряжений в вершине трещины (рис. 12,6), развившейся на некоторую глубину и вышедшей из зоны влияния исходного концентратора напряжений, существенно отличаются от деформаций в вершине концентратора. Приложение растягивающего напряжения вызывает в вершине трещины упругопластические деформации (кривая 0—1 ), по характеру сходные с деформациями в вершине концентратора. При этом, если радиус исходного надреза невелик, то значение деформации, характеризующей положение точки 1 лишь немногим больше, чем для точки 1 (см. рис. 12, а). Снятие внешней нагрузки вызывает изменение деформаций (/ —2 —3 ), также подобное наблюдавшемуся в вершине концентратора. Однако с приложением внешней сжимающей нагрузки закономерность упругопластического деформирования существенно меняется, так как трещина при уменьшении деформации до нуля полностью закрывается, в результате чего зона образца с трещиной может воспринимать сжимающие нагрузки. Напряжения сжатия, однако, не концентрируются у вершины трещины, как при сжатии зоны концентратора напряжений. Кривая деформаций в полуцикле сжатия, таким образом, будет выглядеть как 3 —4. Характерным в этом случае является отсутствие пластической деформации в полуцикле сжатия. Следовательно, при разгрузке кривая деформирования должна вернуться в точку 3, а последующее растяжение приведет ее в точку 5. Дальнейшее знакопеременное нагружение вызовет изменение деформаций по петле 5 —3 —4 —3 —5. Сравнивая работу циклического упругопластического деформирования, определяющуюся пло- [c.28]

Эффективный коэффициент концентрации напряжений в вершине трещины для зоны остаточных напряжений сжатия [c.56]

На основе полученных отношений можно построить полную теоретическую диаграмму зависимости предельных напряжений образования усталостной трещины и разрушения от теоретического коэффициента концентрации напряжений для любой асимметрии цикла нагружения (рис. 25). Кривая 1 (гипербола) соответствует полному проявлению теоретической концентрации напряжений од/осг и является границей образования усталостной трещины кривая 2, построенная по уравнениям (11) или (13) с заменой значений о на Ка, является линией разрушения для докритических значений а (до точки Л) кривые 3 vi 4 характеризуют предельные разрушающие напряжения в области существования нераспространяющихся усталостных трещин. Эту кривую можно построить с использованием уравнения для определения эффективного коэффициента концентрации напряжений в вершине надреза или трещины [c.57]

Для определения истинных напряжений в вершине усталостной трещины кроме концентрации напряжений от самой трещины в рассматриваемой области следует учитывать влияние исходного надреза со своей концентрацией напряжений. Иными словами, усталостную трещину в исходном концентраторе напряжений можно представить как надрез в надрезе. Для этого случая концентрацию напряжений можно приблизительно выразить с помощью обш,его произведения обоих концентраторов [c.59]

В качестве других подходов к теории квазихрупкого разрушения поликристаллических металлов необходимо указать на работы, решающие задачи о предельном равновесии хрупких трещин [20—22], в которых исследованы конечность напряжений в вершине трещины, структура вершинной части трещины и др. Теоретическая модель Г. И. Баренблатта [22] основана на условии конечности напряжений и построена на таких гипотезах, как малость области, на которой действуют межчастичные силы сцепления, по сравнению с размерами трещины, а также независимость формы трещины в вершинной области от действующих нагрузок. Условие распространения трещины формулируется исходя из гипотезы плавности смыкания ее берегов и решения Снеддона, при этом вводится модуль сцепления К- Построенная Г. И. Баренблаттом модель сводится к критериям распространения трещин на основе анализа интенсивности напряжений. [c.26]

СгЫ1Мо 6. Видно, что с увеличением теоретического коэффициента концентраций предел выносливости резко снижается. Однако в области малых долговечностей при высоких амплитудах напряжения наблюдается обратная закономерность чем больше концентрация напряжения, тем больше долговечность. Этот эффект объясняется тем, что при высоких амплитудах напряжения в вершине концентратора напряжений с первых циклов нагружения возникает область локальной пластической деформации, которая упрочняет металл, и это приводит к более позднему зарождению усталостной трещины. [c.88]

Каждый из трех типов деформации характеризуется соответствующими критериями разрушения. Применимость того или иного критерия зависит от общей деформации, предшествующей разрушению. Области применимости критериев представлены заштрихованными зонами под ди аграммой деформирования (рис. 3.2). Для первой зоны (до точки А) характерно однопараметрическое описание поля напряжений в вершине трещины. При этом для каждого из трех видов деформации параметрами являются коэффициенты интенсивности напряжений К,, К , К, . Разрушение наступает в момент достижения одного из параметров (или их комбинации) некоторого критического уровня, например, Kj = Kjj,, где — критическое значение коэффициента интенсивности напряжений или вязкость разрушения для трещин нормального отрыва. При этом пластическая деформация в вершине трещины должна быть минимальной. [c.80]

В реальных условиях процесс образования и развития трещин в связи с концентрацией напряжений в вершине трещины всегда сопровождается пластическими деформациями и часть высвобождаемой эн(фгии упругой деформации идет на образование не только поверхностного натяжения, но и узкой пластической зоны в окрестности трещины. Поэтому для пластичных материалов 2уА/ включает в себя и работу по пластическому деформированию, т. е. y = == Тг + 7n.i. где Yr — поверхностное натяжение по Гриффитсу, а Yii.i — удельная энергия образования пластической зоны (Ирвин, Орован). [c.186]

Особенности кинетических диаграмм разрушения. В первых исследованиях, касающихся оценок кинетики докритического роста трещип при длительном статическом нагружении в водных средах, рассматривались преимущественно закаленные низкоот-пущенные стали с пределом текучести выше 1500 Н/мм . Было показано, что скорость распространения трещины прямо пропорциональна коэффициенту интенсивности напряжении растущей коррозионной трещины. Дальнейшее распространение подходов линейной механики разрушения па более широкий круг высокопрочных материалов и коррозионных сред выявило более сложный характер зависимости viK). Типичная кинетическая диаграмл1а коррозионного растрескивания в координатах gv-K представлена на рис. 42.3. На участках I и III скорость роста трещины увеличивается с повышением X, а в пределах участка II, охватывающего значительный диапазон значений К, наблюдается стабилизация скорости. Существуют различные суждения о причинах четко выраженных участков диаграммы коррозионного растрескивания. Их связывают с влиянием в пределах каждого участка доминирующего механизма воздействия среды. Второй горизонтальный участок часто связывают с релаксацией напряжений в вершине трещины вследствии ее интенсивного ветвления. Характер зависимости v K) во многом зависит от структуры сплава и типа среды. Для высокопрочных сталей с мартенситной структурой с пределом текучести 1500 Н/мм и выше на кине- [c.341]

Рис. 34. Критическая интенсивность напряжений в вершине трещины, характеризующая переход к спонтанному разрушению, в условиях плоской деформации К 1д стали 50ХН, згкаленной и отпущенной при 400 °С, в зависимости от температуры испытания [41]

Таблица 263. Критическая интенсивность напряжений в вершине трещины для условий плоской деформации, приводящая к спонтанному разрушению, определенная методом Британского стандарта на продольных и тангенциальных образцах различной толщины на пульсационной машине ЦДМПУ-200 [183]

Объяснение температурного хода кривой 3 может быть дано в рамках сложившихся в последние годы представлений о поведении по-ликристаллических ОЦК-металлов в температурном интервале хрупкопластичного перехода. В этом интервале трещины, которые образуются на первых этапах пластической деформации возле или по границам зерен [9, 81, 414, 4351, не могут ускоренно расти из-за достаточно легко протекающих процессов локальной пластической деформации. Последние приводят к релаксации напряжений в вершинах трещин и к их скруглению [9, 18, 439, 4401. Поэтому дальнейший рост трещин происходит медленно по мере подъема внешнего напряжения и лишь как исключение могут наблюдаться отдельные случаи скачкообразного увеличения при слиянии двух или более трещин. [c.219]

Полная релаксация напряжений в вершинах трещин не происходит даже при превращении их в сферические поры, и всегда будет иметь место концентрация, обусловленная формой трещины. Такая концентрация для трещин, нормальных к оси нагружения, описывается известной формулой Инглиса [181 [c.219]

Другой важный фактор, в значительной степени определяющий чувствительность к коррозионной среде,—наличие на поверхности образцов концентраторов напряжений. В вершинах концентраторов напряжений при малоцикловом нагружении создаются условия для образования глубоких трещин с малым раскрытием, в которых происходит подкисление внутрищелевого раствора и его глубокая деаэрация. Указанные условия препятствуют или затрудняют процесс репассивации, в результате чего процесс коррозионного разрушения активизируется. На рис. 71 показано влияние концентрации напряжений на малоцикловую долговечность сплава ВТ5-1 при Я = 0 в коррозионной среде ( ном 0,9о. ) образцов с радиусом надреза 0,01 0,1 0,5 1,2 и 6,0 мм. Во всех случаях отношение диаметра образца в надрезе г/ к диаметру вне надреза оставалось постоянным и равнялось 0,707 при г/=9 мм. Указанным радиусам соответствовал теоретический коэффициент концентрации напряжений, соответственно равный 13,5 5,2 4,2 2,8 и 2,0. По оси абсцисс на рис 71 отложена долговечность соответствующая точке пересечения кривой усталости надрезанных образцов с кривой усталости гладких образцов. Как видно из рис. 71, даже при проведении испытаний чувствительного к коррозионной среде сплава ВТ5-1 при наличии концентра- [c.116]

Сопоставим эту ситуацию с ситуацией у границы перехода от регулярного к нерегулярному нагружению. Начало нерегулярного нагружения сопровождается формированием первоначально зоны вытягивания (пластическое затупление вершины трещины в мезотуннелях), и только затем имеет место формирование треугольного профиля усталостной бороздки. Пластическое затупление в вершине трещины может быть реализовано до прекращения действия монотонно возрастающей нагрузки цикла. Пластическое затупление снимает (снижает) концентрацию напряжений в вершине трещины (в вершине мезотуннеля). Поэтому завершить течение материала формированием треугольного профиля усталостной бороздки невозможно, пока не прекратится процесс пластического притупления вершины трещины и не будет достигнута (локально) вязкость разрушения материала. Но в этот момент, как это следует из ситуации непосредственно при переходе к статическому проскальзыванию трещины, происходит срыв процесса деформации и переход к процессу разрушения с формированием ориентированных ямок. Из этого следует, что, во-первых, треугольный профиль усталостной бороздки формируется на нисходящей ветви нагрузки. Второе, в режиме регулярного нагружения раскрытие вершины трещины происходит квазиупруго, поскольку процесс пластического затупления вершины трещины в виде зоны вытяжки отсутствует. [c.177]

Устойчивый- рост усталостной трещины продолжается до тех пор, пока коэффициент интенсивности напряжений. в вершине трерны не достигнет предельной величины После этого разруше- [c.62]

Несташонарная задача. Коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины для нестационарного случая вычисляется по формуле, [c.103]

Специальные условия для активного проявления хемомеха-нического эффекта, в частности, возникают при коррозии под напряжением в вершине трещины, где дальнейшее ее распространение определяется свойствами одного кристалла (транскристал-литное разрушение) или двух пограничных (межкристаллитное разрушение). Тогда хемомеханический эффект, способствуя повышению химического потенциала поверхностных атомов (выход дислокаций), стимулирует механохимический эффект, который в свою очередь облегчает выход дислокаций. Таким образом, можно сделать вывод о возможности автокаталитического химикомеханического разрушения в вершине трещины. Действительно, наблюдалось значительное увеличение скорости роста коррозионно-механической трещины во времени [19]. [c.133]

Анализ перераспределения напряжений от внешней нагрузки, действующих при вершине трещины в полуциклах растяжения и сжатия при знакопеременном цикле нагружения, позволил построить схему остановки развития трещины, в основе которой лежит закономерность изменения асиммстрпи действительного цикла напряжений в вершине трещины при ее развитии. [c.18]

При достижении критического размера трещины С и К (коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины) получают критические значения Окр, Ккр или Ос, Кс, Для разрушения при отрыве или при плоской деформации — Ок.-, Кхс- Существуют различные методы для регистрации критических размеров трещины или скорости распространения трещины. Так, имеются методики с применением краски для получения данных о движении трещины. Предполагается, что трещина будет окрашена до точки перехода к лавинному росту, так как при увеличении скорости трещйны чернила (краски) не успевают двигаться за трещиной. Длина трещины определяется затем по тарировочным графикам, которые строятся с помощью тарировочных образцов со щелями различной длины. [c.29]

В настоящее время для описания развития усталостной трещины щироко используются диаграммы в координатах скорость развития усталостной трещины (с1а1с1Ы)— размах или максимальное значение коэффициента интенсивности напряжения в вершине трещины АК, макс)- в соответствии с таким представлением экспериментальных данных по развитию усталостной трещины наиболее важными характеристиками являются пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений ниже которого трещина практически не развивается, характеристики участка этой диаграммы, когда зависимость lg йа с1М — 1 АК выраящется прямой линией, и критическое значение коэффициента интенсивности напряжений в условиях циклического нагру кения К]с, при котором имеет место нестабильное развитие трещины. [c.9]

Из анализа микрорельефа можно сделать вывод о важности не только сдвигового напряжения в вершине трещины, но и локального нормального напряжения, контролирующего скол. Впервые признаки циклического скола на ГЦК металлах наблюдали на упроч пенных алюминиевых сплавах в присутствии коррозионной среды Форсайт и Стаббингтои 8), ориентация участков скола 001 . Хрупкое разрушение по плоскости 001 было обнаружио па монокристал лах алюминия в среде жидкого гелия, даже если плоскость 001 бы [c.149]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...