Трещины Размеры зон трещин

Рис. 8.10. Схема определения /-интеграла Оо,а— предел текучести оц — предел прочности образца Д1 приращение длины трещины (размер зоны вязкого разрушения).

Выражения, связывающие раскрытие трещины, размеры зоны пластической деформации у ее вершины с размерами трещин и приложенными напряжениями, полученные авторами указанных моделей, следующие [c.23]

Рис. 81. Критические размеры зон с предельной плотностью деформации у вершины трещины на микро (то )- и макро(Гс )-уровнях. Образование системы опережающих микротрещин и фрактального фронта генеральной трещины в процессе дальнейшего нагружения материала

Радиус кривизны надреза р, инициирующего разрушение при минимальных значениях Ki , связан с размерами зоны пластической деформации в месте возникновения трещины. При данном номинальном напряжении эта зона тем меньше, чем меньше радиус р. Размер этого радиуса не оказывает влияния на величину Ki , если ..... [c.54]

В качестве надрезов с малым радиусом кривизны используют усталостные трещины, создаваемые при предварительном циклическом нагружении с амплитудой номинального напряжения, достигающего 0,25 От. При этом число циклов, необходимое для образования трещины требуемой длины, составляет примерно 10 — 5-10. При таком режиме необходимо предусмотреть, чтобы размеры зон пластической деформации при циклическом нагружении не превышали размеров этих зон при статических испытаниях для определения Ki - [c.55]

Вопрос о том, какому размеру усталостной трещины уделять внимание на практике, определяется условием дости ения предельного состояния тела с трещиной и возможностями методов и средств неразрушающего контроля, используемыми на практике для выявления трещин. Исходя из представлений о длительности процесса развития трещин и возможностей неразрушающих методов и средств контроля, а также доступности самих мест контроля эту проблему можно рассматривать непосредственно в рамках рассмотренного выше вопроса об относительной живучести материала. Живучесть основных силовых элементов конструкции оказывается достаточной для введения обоснованного и экономически целесообразного надежного периодического контроля. Вместе с том даже в однотипных элементах конструкций могут возникать усталостные трещины в результате повреждения поверхности детали в разных сечениях и зонах с различной концентрацией нагрузки. В этих условиях стратегия определения периодичности осмотра, выбор и обоснование метода и средств контроля не мог>т быть рассмотрены с общих позиций. Необходим анализ особенностей проведения контроля по таким различным критериям, как доступность зоны контроля, геометрия детали, месторасположение трещины, периодичность осмотров с учетом кинетики роста трещины в зоне контроля, чувствительность метода и стоимость процедуры контроля. Интенсивность осмотров и их трудоемкость могут перекрывать положительный эффект от эксплуатации элемента конструкции по принципу безопасного поврежде- [c.65]

Применительно к росту усталостных трещин в элементах авиационных конструкций процесс разрушения сопровождается пластической деформацией в пределах зоны перед вершиной трещины. Размер этой зоны в произвольном направлении в случае простого одноосного растяжения может быть определен по соотношениям (2.2) из условия достижения предела текучести материала на контуре рассматриваемой зоны следующим образом [c.103]

Определяемый размер зоны по соотношению (2.3) отвечает условию плосконапряженного состояния и соответствует точке фронта распространяющейся усталостной трещины на поверхности элемента конструкции. Для срединных слоев детали фронт трещины находится в условиях объемного напряженного состояния, для которого размер зоны может быть определен по соотношению (2.3) с корректировкой предела текучести материа.та путем умножения его на [54]. [c.103]

Все различия в поведении материала в момент перехода к статическому проскальзыванию могут быть охарактеризованы через два параметра зону пластической деформации перед страгиванием трещины и зону вытягивания, определяющую интенсивность процесса пластического затупления вершины трещины. Зона вытягивания характеризуется двумя параметрами высотой h t и шириной dst [61, 80-91]. Оба указанных размера пропорциональны раскрытию вершины трещины, и применительно к высоте в общем случае записывают [c.110]

Оба соотношения удовлетворительно описывают результаты экспериментов на сплавах на основе А1, Ni, Ti, в нержавеющей стали и других сталях [87]. Указанные соотношения получены из условия независимости размеров зоны вытягивания от места расположения вдоль фронта трещины. Статистический анализ ширины зоны в образце толщиной 28 мм из алюминиевого сплава 7075 подтверждает сказанное [88]. [c.110]

Размеры зоны вытягивания отражают размер зоны пластической деформации перед вершиной трещины. Поэтому при приближении к поверхности образца имеет место небольшое увеличение размеров зоны вытягивания в соответствии с возрастанием размеров зоны около поверхности. Для зоны вытягивания это возрастание менее выражено, чем для зоны пластической деформации. Высота зоны вытягивания не зависит от ширины пластины [90], что согласуется с фактом сохранения размера зоны пластической деформации в срединных слоях материала при изменении ширины пластины. Такая ситуация характерна для одноосного растяжения. [c.110]

Оказалось, что наиболее ярко влияние второй компоненты нагружения на достижение предельного состояния выражено в размере зоны статического проскальзывания в момент перегрузки. Если в области двухосного растяжения имело место монотонное убывание зоны проскальзывания, с ее исчезновением при соотношении главных напряжений -1,0, то в области растяжения-сжатия имело место немонотонное изменение размеров указанной зоны. Сначала ее размер убывал при увеличении второго напряжения сжатия, а далее происходило вновь нарастание размера зоны статического проскальзывания. Изложенные результаты эксперимента свидетельствуют о синергетической ситуации в вершине трещины, когда в момент перехода к статическому проскальзыванию при монотонном увеличении раскрытия вершины трещины могут одновременно участвовать в процессе два фактора, оказывающих влияние друг на друга. [c.111]

Вершина трещины может свободно пластически деформироваться, и уменьшение степени стеснения пластической деформации при возрастании второго напряжения сжатия позволяет реализовать пластичность материала. Трещина притупляется, что вызывает увеличение размера зоны вытягивания, и статическое проскальзывание не успевает реализоваться. [c.111]

Возрастание толщины пластины не влияет на степень стеснения пластической деформации вдоль фонта трещины, что подтверждается независимостью размеров зоны вытягивания от геометрических характеристик пластины [90]. Двухосное растяжение увеличивает степень стеснения, в том числе и у поверхности пластины. У поверхности пластины возникает дополнительное сжатие, препятствующее раскрытию трещины. Этот факт принципиально отличает условия деформирования материала в вершине трещины при двухосном растяжении от условий деформирования материала при одноосном растяжении. [c.111]

Условие (2.16) учитывает одновременно изменение раскрытия вершины трещины из-за перенапряжения материала через поправку f(ku/ki) и изменение размеров зоны пластической деформации через поправку / а/г ). Предел текучести материала в уравнении (2.20) отвечает условию одноосного растяжения. [c.112]

Размер зоны определяет величину подрастания трещины в цикле нагружения, а следовательно, контролирует масштабный уровень процесса формирования поверхности разрушения. Поэтому сначала рассмотрим закономерности формирования зоны пластической деформации при циклическом нагружении материала. [c.134]

Формирование зоны пластической деформации перед вершиной трещины [15] связано с эволюцией напряженного состояния материала от поверхности (двухосно) к срединной части (трехосно) без детализации особенностей ее формирования в пределах цикла нагружения, а следовательно, относя размер зоны к монотонному процессу нагружения (рис. 3.5). Разрушение материала происходит в неоднородных условиях по затратам энергии на процесс пластического деформирования вдоль фронта трещины. Наибольшие затраты этой энергии реализуются у поверхности образца или детали, что позволяет осуществлять некоторую задержку роста трещины [c.134]

Различие в размерах зон пластической деформации приводит к макроскопическому эффекту туннелирования усталостной трещины, что выражено в искривлении фронта трещины, приобретающего полуэллиптическую форму в направлении развития разрушения [16-18]. Длина фронта нарастает в направлении роста трещины в соответствии с соотношением (2.11). [c.134]

Различие размеров зон вдоль фронта трещины и в направлении от ее вершины свидетельствует о существовании этапов деформации и разрушения, когда одновременно реализуется рост трещины на разных масштабных уровнях. Малый размер зоны в срединной части образца в фиксированный момент времени может соответствовать предыдущему масштабному уровню по отношению к поверхности, где может быть осуществлен переход на следующий масштабный уровень разрушения в связи с возросшим размером зоны. Может иметь место и постепенная смена масштабного уровня разрушения материала и его деформации по мере подрастания трещины. [c.134]

В области малоцикловой усталости, когда уровень напряжения приближается к пределу текучести материала, а скорость деформации в цикле существенно мала, была выявлена еще одна зона перед вершиной трещины, названная зоной процесса (см. рис. 3.7) [32]. Исследования были выполнены на поликристаллическом сплаве u-Al с варьированием содержания А1. При возрастании содержания алюминия до 4,2 % размер зоны мало менялся — от 1,32 мкм до 1,51 мкм. Однако при содержании алюминия 6,3 % размер зоны процесса достиг 0,19 мм. [c.138]

Исследования алюминиевых сплавов двух систем Al-Zn-Mg и Al- u-Mg показали однозначную зависимость скорости роста трещины от зоны пластической деформации растяжения [29]. С уменьшением предела текучести материала происходило последовательное эквидистантное смешение зависимостей скорости от размера зоны, величину которой определяли по соотношению [c.139]

Применительно к сталям 9 %Ni и А-21226 в описании распространения усталостной трещины при разной асимметрии цикла использованы размеры зон пластической деформации, ранее выявленные Ханом [30, 50]. Им были получены следующие коэффициенты пропорциональности k = 0,25 z = 0,023, которые различаются почти на порядок. В работе исследованы компактные образцы толщиной от 25,4 до 1,52 мм из стали С %0,026 Si %3,36 N %0,002. Следует подчеркнуть, что циклическая зона была оценена через величину Определение циклической зоны в соответствии с уравнением (3.2) для описания роста усталостных трещин в случае их развитой зигзагообразной траектории применительно к широкому классу материалов было осуществлено с введением величины z =1/12л [51]. Это наиболее сильное влияние траектории трещины, которое оценивается минимальным размером циклической зоны при прочих равных условиях. [c.140]

Размер зоны пластической деформации в случае нормального раскрытия берегов трещины был получен численным методом для широкого круга параметров цикла нагружения и, в первую очередь, для случая двухосного нагружения [52]. В модели рассмотрено влияние остаточных напряжений [c.140]

Поправочная функция на размер зоны пластической деформации F(R) учитывает различия в раскрытии вершины усталостной трещины, которые возникают при изменении асимметрии цикла R. В частном случае, согласно (3.5), поправка F(R) = (1 - К). Соотношение между радиусами зон пластической деформации (циклической и периферической) имеют вид [c.140]

Эффект электроимпульсного разрушения материалов при одинаковых затратах энергии зависит от характера энерговыделения в канале разряда. Об эффективности разрушения можно судить по таким его параметрам, как максимальная длина трещин, суммарная длина и поверхность трещин, размер зоны трещинообразования и др. Наиболее общим случаем зависимости указанных параметров от скорости выделения энергии при неизменной ее величине является кривая с оптимумом. В зависимости от характера материала (хрупкие, пластичные) оптимум значительно сдвигается в область малых или больших значений мощности так, что при разрушении определенно пластичного органического стекла решающим является факт роста показателей эффекта с уменьшением мощности в разряде и соответствующем увеличении длительности выделения энергии, а для силикатного стекла, наоборот, оптимальной для разрушения является высокая скорость энерговыдлеления (рис. 1.29). Эффект разгрузки канала разряда (истечение энергии канала через устья канала пробоя и вышедшие на поверхность трещины) приводит к сокращению времени эффективного нагружения, а потому величина разрядного промежутка и глубина внедрения разряда оказывают заметное корректирующее влияние на характер зависимости эффекта разрушения от мощности разряда. При больших промежутках для горных пород действует зависимость, свойственная пластичным материалам, при малых промежутках - свойственная хрупким материалам. [c.67]

Объяснить расхождение в последующие моменты времени можно с учетом следующего обстоятельства [77]. При ударном нагружении берегов трещины размер зоны, в окрестностй вершины, в которой напряжения удовлетворяют теоретическим представлениям, в-начальный момент равен нулю и увеличивается со скоростью распространения упругих волн. Таким образом, для установления зоны такого размера, при котором экспериментатор может получить информацию о сингулярном напряженном состоянии, требуется определенное время. Это время велико в сравнении с временными масштабами процессов, протекающих при динамическом разрушении, и воэрастает при возрастании скорости распространения трещины. Поскольку при теоретическом анализе напряжений в окрестности вершины трещины форма, в которой они ищутся (разложения по степеням радиуса), предполагает существование установившегося поля, то использование экспериментальных методов, опирающихся на указанные разложения, корректно, если в некотором заключительном интервале (до рассматриваемого момента) процесс стабилизировался (т. е. не было скачко- [c.163]

Таким образом, для накопления повреждений необходимо и достаточно выполнение двух условий первое — наличие обратимой пластической деформации в цикле второе — размер зоны обратимой пластической деформации должен быть больще размера зерна (или блока). Тогда AKth можно определить как размах КИН, при котором зона обратимой пластической деформации должна быть равна размеру структурного элемента. Очевидно, в данном случае величина AKth отлична от нуля и непосредственно зависит от параметров структуры материала, что соответствует данным работы [156]. При АК > AKth повреждение в элементе будет накапливаться и трещина будет развиваться. [c.214]

После 10 лет эксплуатации произошла разгерметизация трубопровода 0720x10 мм Газораспределительная станция-1-Сакмарская ТЭЦ. Трубопровод протяженностью 9,7 км, предназначенный для транспортировки очищенного природного газа под давлением 1,2 МПа, сооружен из труб производства Челябинского трубного завода (сталь ВСт Зсп). Повреждение трубы представляло собой разрыв металла П-образной формы с основанием, располагавшимся почти параллельно (под углом -20 ) оси трубопровода. Общая длина линии разрыва составляла -2700 мм. Вдоль линии разрыва выявлены три характерные зоны металла 1 — зона с первичной продольной трещиной длиной - 1000 мм без явных признаков пластической деформации. Трещина проходила по поверхности трубы с механическими повреждениями (задиры и вмятина) под углом - 20° к оси трубопровода 2 и 3 — зоны с участками долома, располагавшимися под углом 40-50° к поперечному сечению трубы и направленными в одну и ту же сторону относительно первичной трещины. В зоне 1 находились окисленная поверхность шириной от 7,7 до 8,3 мм, то есть до -90% толщины стенки трубы, и поверхность долома шириной 0,9-1,5 мм по всей длине продольной трещины. Отмечено, что увеличение угла между линией разрыва металла и осью трубы произощло в местах локализации концентраторов напряжений, а именно на концах задира, который явился очагом зарождения исходной трещины. На поверхности трубы в области зарождения трещины и вблизи нее зафиксированы многочисленные механические повреждения металла в виде групп задиров (бороздок) и отдельных вмятин. Размеры задиров длина от 48 до - 1000 мм, глубина — от 0,8 до 3,0 мм. Размеры вмятин длина — от 130 до 450 мм, ширина — от 75 до 130 мм, глубина — от 5 до 25 мм. Наиболее протяженные задиры и самая крупная вмятина располагались вдоль предполагаемой линии зарождения разрыва. Характер задиров [c.56]

Отношение размера зоны пластической деформации у вершины трещины к толщине пластины (образца) является существенным фактором, онреде-ляюгцим напряженно-деформированное состояние у вернгины трещины. В условиях циклического деформирования зона пластической деформации состоит из трех областей статической зоны пластической деформации, которая определяется максимальной величиной коэффициента интенсивности напряжений Ктах размахом коэффициента интенсивности напряжений ДК зоной непосредственного процесса разрушения (рис. 32). [c.52]

В действительности усталость является следствием роста за счет переменной деформации трещин, возникающих в неблагоприятно ориентированных кристаллических зернах и существующих в материале тела до нагружения. Увеличиваясь, существующие и возникающие трещины сливаютея в одну магистральную трещину (макротрещину) образование зоны сечения А является результатом докритического роста этой трещины. Вследствие дальнейшего увеличения размеры магистральной трещины достигают критических, что приводит к ее спонтанному росту и разрушению детали отрывом (усталоетному разрушению) по зоне сечения В. [c.331]

Недостаток знаний о характере разрушения в концевой зоне трещины может компенсироваться разумным моделированием структуры края трещины. Из рис. 39.1 видно, что нелинейно деформированный, частично разрушенный материал сосредоточен в узкой области перед вершиной трещины. Это позволяет при моделировании края трещины заменить концевую область разрезом на продолжении трещины, находящимся под действием равномерно распределенных самоуравновешенных напряжений (см. рис. 4.1), т. е. использовать уже изложенную в 7 б -модель. Напомним, что в б -модели напряжения а в концевой области считаются постоянными и равными либо сопротивлению отрыва, либо пределу текучести материала. Однако это предположение будучи справедливым для упругих и упругопластических материалов, не выполняется для ряда вязкоупругих материалов из-за реономности их свойств. Например, при разрушении полимеров, таких как полиметилметакрилат (ПММА), напряжения в концевой области существенно меняются с ростом трещины, однако размер концевой зоны меняется при этом незначительно (а в довольно широком диапазоне скоростей роста трещины практически постоянен). Более того, как следует из экспериментов, и форма концевой области для трещины, растущей в ПММА, не зависит от длины трещины, т. е. имеет место автомодельность. [c.313]

Момент смыкания скосов от пластической деформации по всему сечению пластины определяется достижением размера зоны пластической деформации, равного половине толщины пластины. С возрастанием пластичности материала такая ситуация может быть реализована при меньшей длине трещины в растягиваемой пластине, а следовательно, при меньшем уровне коэффициента интенсивности напряжения. В зоне долома пластическая зона может существенно превышать толщину пластины. Так, например, в пластине толщиной 3 мм из высокопластичного магниевого сплава МА18 (8=18 %, [c.109]

Комбинированное нагружение может оказывать одновременно влияние на размер зоны пластического затупления вершины трещины и на размер зоны пластической деформации. Помимо того, пластичность материала позволяет реализовать скачок трещины пос.ле ее страгивания тем меньшей величины, чем менее стеснение пластической деформации. Проверка этой гипотезы была осуществлена на крестообразных образцах из алюминиевого сплава Д16Т в условиях двухосного нагружения с соотношением главных напряжений в интервале от -1,0 до 1,0 [91]. [c.110]

Итак, предельное состояние материала с jxTa-лостной трещиной в случае интенсивного коррозионного воздействия подобно по КИН ситуации при обычном процессе усталости и равенстве размеров зон пластической деформации, если доминирующий механизм разрушения материала в вершине трещины остается неизменным. Тем самым подразумевается существование характеристики материала в виде эквивалентного предела текучести материала. Уменьшение работы пластической деформации за счет деструкции материала перед вершиной трещины может быть рассмотрено через снижение предела текучести материала. Это означает, что нестабильное разрушение с меньшими затратами энергии как бы обусловлено уменьшением размера зоны пластической деформации. [c.115]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...