Распространение (развитие) трещины

Изменение начальной работы разрушения Л до первого срыва нагрузки при испытании, характеризующей сопротивляемость металла зарождению трещины, и конечной работы Лк, определяющей сопротивляемость распространению (развитию) трещины, для наплавленного малоуглеродистого металла в зависимости от содержания в нем водорода изображено на рис. VII.25. [c.370]

Из приведенных выше зависимостей следует, что при известных характеристиках сопротивления материала развитию трещины для анализа усталости элементов конструкций необходимо располагать значениями КИН на пути распространения трещины. Поэтому должны быть рассмотрены, во-первых, методы определения траектории развития трещины, а во-вторых, методы определения КИН. [c.193]

При расчете развития усталостной трещины, производившемся в осесимметричной постановке, учитывалось перераспределение ОСН, происходящее в процессе нагружения образца до образования трещины. Траектория распространения трещины и ОСН после сварки и нескольких циклов нагружения (система ОН отвечает условию приспособляемости) показаны на рис. 5.12. Расчет КИН и долговечности проводили до момента, когда глубина трещины соответствовала 0,7 ее толЩ Ины (рис. 5.31), так как при испытаниях такого рода характерно развитие трещин не только с растянутой стороны, но и со сжатой внутренней стороны и объединение их наступает на расстоянии приблизительно 0,3 толщины диска относительно сжатой стороны. [c.325]

Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает кристаллическую решетку, при этом увеличиваются временное сопротивление и предел текучести, а пластичность и вязкость уменьшаются. Снижение вязкости тем значительнее, чем больше в стали углерода. Фосфор повышает порог хладноломкости стали и уменьшает работу развития трещины. Сталь, содержащая фосфор на верхнем пределе, для промышленных плавок (0,045 %), имеет работу распространения трещины в 2 раза меньшую, чем сталь, содержащая менее 0,005 % Р, Каждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости стали на 20— 25 °С. [c.130]

Существенно влияют на возникновение и развитие усталостных трещин дефекты внутреннего строения материала (внутренние трещины, шлаковые включения и т. п.) и дефекты обработки поверхности детали (царапины, следы от резца или шлифовального камня и т. п.). Процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называют усталостью, а разрушение вследствие распространения усталостной трещины — усталостным разрушением. Свойство материала противостоять усталости называют сопротивлением усталости. [c.307]

Часто хрупкое разрушение конструкций происходит от катастрофического распространения трещин при средних напряжениях ниже предела текучести и кажущихся инженеру-конструктору безопасными. Подобные разрушения указывают на недостаточность классических методов расчета на прочность по упругому и пластическому состояниям. Они указывают на необходимость дополнения классических расчетов новыми методами на прочность, учитывающими законы зарождения и развития трещин, а также новые характеристики материала, оценивающие стадию разрушения. [c.117]

Разрушение металлов и сплавов происходит путем образования и развития трещин. Разрушение принято классифицировать с учетом величины пластической деформации, предшествовавшей разрушению, а также с учетом характера распространения треш,ины в металле. [c.420]

Когда микротрещина в процессе своего роста превращается в макротрещину и достигает критического размера, дальнейшее распространение этой трещины происходит уже при сравнительно низких растягивающих напряжениях, величина которых является реальным пределом прочности металлов. Давление а=—1000 МПа приблизительно равно напряжению развития трещины Гриффитса. [c.437]

Решение задач механики деформируемого тела для областей с разрезами (трещинами) связано с известными математическими трудностями вследствие наличия особых (сингулярных) точек. Большинство этих задач эффективно может быть решено только с применением ЭВМ. Среди вычислительных методов в задачах механики разрушения в настоящее время наиболее широкое распространение получил метод конечных элементов (МКЭ). Произошло это вследствие универсальности метода, хорошо разработанной теории и наличия значительного количества вычислительных программ, реализующих МКЭ. Немаловажным обстоятельством является то, что конечный элемент представляет собой объект хорошо понятный инженеру, что особенно полезно при моделировании таких явлений, как развитие трещины. [c.82]

Одной из важнейших характеристик сопротивления материала трещинообразованию является величина предельной нагрузки, связанная с началом развития трещины, которое зачастую отождествляется с понятием полного разрушения. Однако это справедливо только в случае лавинообразного неустойчивого распространения. Во многих случаях взаимодействия трещин с препятствиями и границами, а также в задачах взаимодействия систем трещин, как показывают эксперименты и расчеты [98, 185, 216, 219, 309, 326, 331, 395], на значительном участке изменения нагрузки развитие трещины протекает устойчиво. Очевидно, что наличие устойчивых трещин в конструкциях и сооружениях, работающих зачастую в определенных режимах изменения внешних нагрузок, гораздо менее опасно, а искусственное усиление таких сооружений (за счет постановки заклепок,, пластин и стрингеров, высверливания отверстий на пути распространения трещин и т. д.) может значительно продлить их жизнь . [c.161]

Для предотвращения катастрофического развития трещины н разрушения конструкций и сооружений трещины подкрепляют ребрами жесткости, препятствующими их распространению (рис. 20.1). Возможна следующая простейшая схематизация этой задачи [185, 219]. Бесконечная пластина единичной толщины [c.161]

При распространении неустойчивой трещины, начиная с момента ti, которому соответствует Z(i,) = + с , скорость движения трещины близка к постоянной, за исключением небольшого интервала времени перед окончанием этого периода, когда трещина переходит на динамический режим развития. Поскольку оба слагаемых в правой части (39.17) — положительные, причем 6o[Ki)] увеличивается с ростом l[t), то, очевидно, что нри обо[К )] > уравнение (39.17) не будет иметь решения. [c.318]

В процессе развития трещины энергия, необходимая для ее прорастания, зависит от скорости распространения трещины, которая связана со скоростью деформирования материала у края трещины. Рассмотрение этого влияния привело к следующей зависимости ук от отношения скорости распространения трещины v к скорости распространения упругой деформации с [c.50]

Величина для малоуглеродистых низколегированных сталей находится в пределах от 70 до 140. В соответствии с этой зависимостью энергия уки, а следовательно, и величина напряжений, необходимых для развития трещины, уменьшаются с увеличением скорости ее распространения. Скорость развития трещины v для конструкционных сталей достигает значений 1000— 1500 м)сек, и yk уменьшается на порядок и более. При такой скорости развития трещины напряжение, необходимое для динамического развития трещины, уменьшается до 0,2 от значения напряжений при статическом инициировании хрупкого разрушения. С этим связано пониженное сопротивление хрупкому разрушению элементов конструкций при динамическом нагружении. [c.50]

По достижении накопленным повреждением критического значения возникает макротрещина и процесс дальнейшего циклического разрушения определяется ее развитием. При рассмотрении в 2 условий распространения трещин квазихрупкого разрушения была показана возможность анализа развития трещины малоциклового [c.87]

Раскрытие трещины 30, 31, 33, 34, 41. 57, 58. 59 Распространение (развитие) [c.188]

В случае растяжения плоскости по направлению щели (00= 0) коэффициенты интенсивности напряжений А 1иА ц обращаются в нуль как и следовало ожидать, такого рода напряжения не влияют на развитие трещины. Рассмотрим теперь примеры устойчивого распространения трещин. [c.553]

Искаженность границ зерен в виде характерной зубчатости затрудняет развитие и распространение межзеренных трещин, вызывая значительное увеличение времени до разрушения [73]. [c.48]

Книга может быть полезна специалистам, занимающимся анализом разрушений металлических элементов конструкций, которые работают не только в авиации, но и в других отраслях промышленности. Это обусловлено рассмотрением общей методологии развития процесса усталостного разрушения металлов на основе Ре-, Ti-, А1-, Ni-, Mg-, что охватывает практически весь спектр металлических конструкций, которые используются в настоящее время в различных отраслях промышленности, в том числе и в атомной энергетике. Поэтому она может оказаться полезной и для материаловедов, занимающихся совершенствованием эксплуатационных характеристик металлов и сплавов. Она необходима конструкторам, занимающимся проектированием современных ВС и моделирующим процессы распространения усталостных трещин в элементах конструкций с учетом реальных условий эксплуатации, внедряющим различные средства неразрушающего контроля для обоснования периодичности осмотров элементов конструкций в эксплуатации, особенно при использовании методов неразрушающего контроля авиационной техники. [c.17]

В титановой стойке шасси самолета Ан-74, изготовленной из сплава ВТ-22, были выявлены следы неубранного газонасыщенного слоя материала (так называемый альфированный слой), также оставшегося после штамповки детали. Измерения микротвердости показали, что разная глубина залегания дефектного слоя материала повышенной твердости характеризовала разную наработку стоек в эксплуатации на момент их разрушения (рис. 1.11). Меньшему по глубине дефектному слою соответствовала большая наработка детали в эксплуатации. Рассматриваемые случаи не привели к тяжелым последствиям, поскольку после распространения усталостной трещины окончательное развитие разрушения происходило во время стоянки самолетов по механизму медленного подрастания статической трещины под действием нагрузки от самолета при низких температурах окружающей среды в условиях Дальнего Севера. [c.48]

Итак, первоначальный анализ процесса разрушения элемента конструкции всегда подразумевает доказательство того факта, что разрушение является именно усталостным, а не иным, а это требует углубленного представления о возможных механизмах развития трещин в материалах при различных видах нагружения. Более того, процесс распространения усталостных трещин завершается переходом к быстрому статическому или повторно-статическому разрушению. Поэтому для удобства дальнейшего изложения представлений о закономерностях роста усталостных трещин в элементах конструкций необходимо первоначально дать краткое изложение представлений о механизмах разрушения металлов при различных условиях их нагружения. [c.82]

Указанный принцип означает, что в процессе эволюции состояния материала последовательно реализуемые механизмы распространения трещины характеризуют его свойство сопротивляться внешней нагрузке. Один и тот же механизм развития трещины может действовать при разной комбинации параметров воздействия и уровне их величин. Условия внешнего нагружения не меняют свойств материала, а позволяют ему реализовать либо всю последовательность возможных механизмов разрушения, присущих данному материалу, или препятствуют этому, что приводит к действию лишь часть из возможных механизмов разрушения. [c.101]

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]

В низкоуглеродистых сталях и других деформационно стареющих материалах наблюдается четкий предел выносливости, т. е. ниже некоторого значения приложенного напряжения усталостная долговечность образцов неограниченно велика. Важность деформационного старения подтверждается так называемым эффектом тренировки образец в течение длительного времени подвергают циклическому нагружению при напряжениях ниже предела выносливости, после чего его усталостная долговечность существенно повышается благодаря увеличению напряжения течения в результате деформационного старения. Ранее считалось, что предел выносливости является характери-ристикой, отражающей сопротивление материала зарождению разрушения (т. е. зарождению усталостной трещины). В настоящее время взгляд на предел выносливости несколько трансформировался. Показано, что усталостная трещина может зарождаться и прорастать через поверхностные слои образца при напряжениях меньше предела выносливости, но не развивается в глубь образца и не приводит к разрушению [263, 423]. Таким образом, наличие предела выносливости не является следствием невозможности зарождения трещины, а скорее неспособности ее распространения в материале при данном уровне напряжений [152]. Данная закономерность позволяет связать предел выносливости с пороговым значением коэффициента интенсивности напряжений AKth, характеризующим отсутствие развития трещины при АК < А/Сгл- Указанный подход был нами использован при прогнозировании влияния асимметрии нагружения на предел выносливости. Подробное изложение полученных по данному вопросу результатов будет приведено в подразделе 4.1.4. [c.128]

Рассмотрим некоторые лeд tвия разработанной модели и их физическую интерпретацию применительно к распространению усталостных трещин в сталях средней и высокой прочности. Для этого кратко остановимся на результатах структурного изучения процесса разрушения при росте усталостных трещин. Фрактографические исследования показывают, что поверхность разрушения при развитии усталостных трещин в указанных сталях представлена в основном следующими фрактурами чисто усталостной, для которой характерно наличие вторичных микротрещин [146] (в данной работе эта фрактура названа чешуйчатой), а также фрактурами хрупкого типа (микро- и квазискол) [57, 113, 283]. Бороздчатый рельеф, свойственный усталостным изломам большинства металлов с ГЦК решеткой, как правило, отсутствует либо наблюдается в ограниченном диапазоне условий нагружения, как и участки с меж-зеренным и чашечным строением [57, 113, 372, 389]. Доля различных фрактур в изломе существенно зависит от условий испытания. Для сталей средней и высокой прочности можно отметить следующие общие закономерности изменения усталостного рельефа с ростом размаха коэффициента интенсивности напряжений доля микроскола с увеличением АЯ уменьшается при переходе от первого ко второму участку кинетической диаграммы усталостного разрушения иногда появляются области межзеренного разрушения на втором участке доминирует усталостная фрактура с микротрещинами на третьем участке кинетической диаграммы усталостного разрушения в ряде случаев наблюдаются бороздчатый рельеф и области с ямочным строением. [c.221]

Второй возможный механизм развития трещины базируется на следующих представлениях. После объединения микротрещины с макротрещиной идет непрерывное динамическое развитие макротрещины по тем же законам, по которым развивалась и микротрещина отсутствие заметного пластического деформирования у верщины быстро развивающейся трещины (недостаточно времени на реализацию релаксационных процессов в вершине) рост трещины по плоскостям спайности с преодолением различных барьеров типа границ зерен, фрагментов, блоков (см. раздел 2.1). При реализации второго механизма энергия, необходимая для старта трещины, будет отличаться от энергии, идущей на ее рост. Энергия зарождения хрупкого разрушения обусловлена пластическим деформированием, необходимым как для зарождения микротрещин, так и для реализации деформационного упрочнения, обеспечивающего рост напряжений до величины S . Для распространения трещины от одного зерна к другому необходима эффективная энергия не только для образования новых поверхностей, но и для компенсации дополнительной работы разрушения, идущей на образование ступенек и вязких перемычек при распространении трещин скола [121, 327]. Образование ступенек на поверхности скола, как известно, связано с различной ориентацией зерен. При переходе трещины скола через границу зерна в новом зерне из-за различий в ориентации происходит разделение трещины на ряд отдельных трещин, которые распространяются параллельно по кристаллографическим плоскостям спайности и прп объединении образуют ступеньки скола. При распространении макротрещины через отдельные неблагоприятно расположенные зерна, для которых плоскости спайности сильно отклонены от направления магистральной трещины, могут наблюдаться вязкие ямочные дорывы (перемычки) [114, 327]. Учитывая, что для старта макротрещины требуется пластическое деформирование, по крайней мере в масштабе, не меньшем, чем диаметр зерна, а для ее развития масштаб пластического деформирования ограничен размером перемычек между микротрещинами, можно заключить энергия G , необходимая для старта трещины, выше, чем энергия ур, требующаяся на ее развитие. Эксперименты для большинства конструкционных металлических материалов подтверждают сделанное заключение [253]. Следовательно, динамическое развитие трещины при хрупком разрушении наиболее вероятно происходит по второму механизму. Кроме того, в пользу второго механизма говорят имеющиеся фрактографические наблюдения (рис. 4.19), которые иллюстрируют переход трещины скола через границу зерна со значительной составляющей кручения и расщепление зерна рядом параллельных друг другу трещин. Если бы развитие трещины [c.240]

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]

Изучение процесса разрушения показало односторон-нос гь распространенного мнения о сопротивлении отрыву как о гюстоянной материала и привело к замене схемы одновре-ме11н<5го (по всему сечению) разрушения схемой постепенно распространяющейся трещины. Типичным считается развитие трещины из одного или немногих центров. Квазиодновременность разрушения (при определении сопротивления отрыву) рассматривается как частный случай. [c.117]

Однако в условиях эксплуатации деталей, в результате наличия надрезов, перекосов, влияния среды и т.п., стадия разрушения (т.е. возникновение и развитие трещины) появляется задолго до исчерпания несущей способности (до максимальной величины нагрузки, выдерживаемой деталью). При этом прочность материала (детали в идеализированных условиях) недоиспользуется или даже не используется вовсе. Длительность процесса разрушения (роста трещины) до полного разрушения занимает значительную часть жизни детали, доходя до 90% и выше. Главное - темп роста трещины, а не факт ее наличия. Поэтому для повышения прочности необязательно повышать среднее сопротивление отрыву - достаточно регулировать процесс появления и, в особенности, развития трещин. В конструкциях применяют различные препятствия, тормозящие развитие трещин и сигнализирующие об их появлении, а также дополнительные элементы конструкции, берущие на себя часть нагрузки при уменьшении жесткости от возникшей трещины. Необходимо развивать методы расчета, пути распространения трещины (траектории трещины), связи ее размеров с внешней нагрузкой и кинематические характеристики движения конца трещины. [c.118]

До 40-х годов нашего века развитие идей в этом направлении было незначительным. Это в основном связано с тем, что в традиционной схеме процесс распространения трещин оставался в стороне. Кроме того, существовавшее мнение о том, что разрушение наступает почти мгновенно, сразу указывало на ограниченность возможных построений таких критериев прочности, где константы зависят от размера начальных трещин, имеющихся в теле. В последующие десятилетия эта точка зрения была пере-, смотрена. Было установлено, что развитие трещины занимает значительный период, предшествующий полному разрушению, пр ичем это относится не только к усталостному и пластическому, но даже и к хрупкому разрушению. Так, например, для еили-катных стекол, для которых процесс разрушения считался практически мгновенным, скорость развития трещины в начале процесса в 10—100 млн. раз меньше, чем на заключительном этапе. В то же время экспериментальные факты свидетельствуют о том [53], что в правильно (по сопротивлению разрушению) спроекти- [c.15]

Мо с изменением концентрации раствора от дистиллированной воды до 3,5 % МаС1 уменьшился от 22—24 до 14—22 МПал/ а скорость развития трещины увеличилась от 2 10" до 2-10 см/с. Разрушение в дистиллированной воде указывает на то, что необходимость для коррозионного растрескивания концентрации ионов галогенидов очень малы. В то же время отсутствие непосредственного погружения в злектролит не вызывает коррозионной чувствительности. Так, не установлено коррозионное растрескивание при испытании во влажном воздухе кривые распространения трещины (в координатах qv-Kj) в сухом аргоне и влажном воздухе, а также фрактографии излома были близки [ 23]. [c.35]

Четыреххлористый углерод. Сравнительные опыты по коррозионному растрескиванию нескольких титановых сплавов в четыреххлористом углероде СС1 показали близость критических значений коэффициента интенсивности напряжений к таковому при развитии трещин в водных растворах Nз I. Скорость распространения трещин под воздействием СС1, выше, чем в парах метилового спирта. Наиболее агрессивно СС1д действует на первой стадии коррозионного растрескивания—инициирования трещины он нарушает пассивную пленку даже при отсутствии напряжений растяжения. [c.55]

Микрокартину протекания коррозионных разрушений в метанольных растворах наблюдали авторы работы [ 70]. Они установили, что зарождение трещин происходит в месте столкновения полосы скольжения с границей зерна. Возникающая "ступенька" приводит к нарушению защитной пленки, а концентрация напряжений обусловливает развитие трещин по границе зерна (рис. 43). Этот механизм определяет распространение [c.79]

Исследованиями трещиностойкости при циклическом нагружении титановых сплавов выявлен ряд закономерностей и особенностей развития трещин в титане. Так, при построении диаграммы усталостного разрушения сплава ВТЗ-1 в пэрисовских координатах (рис. 98) [111] установлено следующее. Первый участок диаграммы очень крутой явно выраженным пороговым значением /<" /, = 7,85—8,98 MПav . Средний участок сильно развит, он распространен от v= Ш до v = = 7-10 м/цикл. Третий участок слабо развит, начало его лежит п м/цикл, а100 МПа /тй [c.147]

Применительно к усталостному разрушению необходимо рассматривать интегральный характер явления, реализуемого материалом в виде процесса развития усталостных трещин в эксплуатации любого элемента конструкции. В процессе распространения усталостной трещины происходит одновременно накопление и рассеивание энергии материалом при непрерывном обмене им энергией с окружающей средой. Материал с развивающейся усталостной трещиной не может быть представлен в качестве замкнутой системы, поскольку сам факт появления и развития трещины в материале свидетельствует о реализованном внешнем воздействии на материал, когда от внещнего источника осуществляется передача энергии металлу. [c.77]

Распространение усталостных трещин в тонких пластинах сопровождается переходом к переориентировке всей поверхности излома под углом около 45° к плоскости пластины еще до начала быстрого разрушения. Развитие трещины происходит в условиях перемещения берегов трещины по типу /jm при одноосном растяжении. Такая же ситуация реализуется в случае комбинированного не одноосного нагружения тонкой пластины, т. е. она не зависит от условий внешнего воздействия, а присуща поведению материала в некотором диапазоне толщины испытываемой пластины. Происходит самоорганизо-ванный переход через точку бифуркации, когда материал стремится понизить затраты энергии на реализуемый процесс разрушения и использует для этого большую работу пластической деформации, которая имеет место при продольном сдвиге. Доказательством сказанного являются результаты известных экспериментов, например [77-79]. На участке перехода от преимущественно плоского к переориентированному под углом около 45° излому отмечается небольшое снижение темпа роста трещины. Ее величина может даже оставаться постоянной. Это отмечается в алюминиевых, никелевых и титановых сплавах, что свидетельствует о едином поведении системы в виде пластины с развивающейся в ней усталостной трещиной. С увеличением длины трещины снижается степень стеснения пластической деформации вдоль фронта трещины, до.яя плоской поверхности излома по сечению уменьшается, что позволяет реализовать большую работу пластической деформации перед продвижением трещины. [c.109]

В сложных многосвязных конструкциях предельное состояние достигается после распространения трещин в нескольких зонах. Один из таких вариантов отвечает развитию трещин в панели крыла ВС от нескольких отверстий от подкрепля- [c.118]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...