Критерий неустойчивости трещины

Следовало бы ожидать, что поведение трещины будет отражать историю возникновения напряжения, воздействию которого она подвержена. Очевидно, необходимо провести детальный анализ напряженного состояния, чтобы предсказать поведение трещины. Однако за последние годы значительно расширились области использования энергетических методов для установления критерия неустойчивости трещины и для изучения скоростных характеристик распространения трещины. [c.16]

В ряде случаев локальное условие (3.19) является достаточным критерием неустойчивости, приводящей к разрушению тела. Приведем некоторые примеры неустойчивого развития трещин. [c.551]

Другой подход основан на объединении анализа напряженного состояния и концепции критического объема. Если трещины с критическим объемом Гс случайно распределены в теле, то они должны быть и около кончика макроскопической трещины. Это позволяет заключить, что неустойчивость трещины определяется разрушением в данном критическом объеме. Так как вне этого объема напряжения ограничены, к области Гс можно применить упругий анализ. Замечено, что совпадение вектора напряжения (вычисленного на основе упругого анализа для трещины) и вектора прочности (определенного по критерию прочности) для единого объема Гс позволяет сопоставить экспериментальные данные по разрушению при комбинированных нагружениях. [c.262]

Приведем основные результаты решения задачи о безопасных размерах трещин при случайном нагружении [10]. Поскольку неустойчивый рост трещин для напряженных и ответственных объектов, как правило, означает возникновение аварийного состояния, то вероятность этого явления в условиях эксплуатации должна быть весьма мала. Используем термины и обозначения гл. 6. В частности, введем функцию безопасности (6.1) по отношению к появлению неустойчивых трещин. Пусть / — предельные размеры трещин по критерию устойчивости. Тогда для апостериорной функции безопасности S имеем общее выражение [c.293]

Однако можно обойтись без строгого определения характера этих понятий путем использования параметра К для оценки поля напряжений около вершины трещины и увязки критического значения этого параметра Кс с неустойчивостью трещины. Вспомним, что К есть функция нагрузки и формы данного образца. Ниже показано, что при критическом значении К = Кс трещина действительно может стать неустойчивой и может начать распространяться. Во время такого распространения трещины напряжения в образце меняются, и фактически изменяется длина образца или приложенная извне нагрузка. Характер этих изменений определяется формой образца, граничными условиями (например, неподвижные зажимы при постоянной нагрузке) и скоростью распространения трещины. Для некоторых конфигураций образцов и граничных условий коэффициент интенсивности напряжений вначале растет, а затем (после возникновения условий неустойчивости) падает. Простым критерием остановки может служить тот факт, что К в конечном счете понижается до значения ниже критического Кс Кс принимается постоянным для начальной неустойчивости и для остановки). Ниже показано (с использованием энергетических концепций), что это положение не является пол- [c.18]

Хотя исследования по определению скорости распространения трещины были основаны на этом или другом равнозначном энергетическом критерии, его использование для решения проблемы остановки трещины было минимальным. Следовательно, наибольшая часть современной литературы об остановке трещины базируется на статических или квазистатических схемах, хотя ниже рассмотрены и динамические явления. Более того, применение статических методов анализа предложено по меньшей мере половиной исследователей, которые изучали роль динамических эффектов. Ирвин и Уэллс (1965 г.) предложили рассматривать остановку трещины как простое реверсирование по шкале времени возможных начальных явлений плоской деформации . Основываясь на этой концепции, можно представить схематично критерий остановки трещин, как и критерий их неустойчивого распространения. [c.24]

Испытания подтверждают го, что энергетический критерий определяет необходимые условия хрупкого. разрушения. Однако для возможности реализации хрупкого разрушения необходим еще общий силовой критерий. Это вытекает из того положения, что одна и та же энергия упругой деформации. может быть получена при различной величине внешних сил и различном протекании процесса разрушения материала путем отрыва. Силовой критерий в упрощенной трактовке совпадает с энергетическим критерием для нагружения отдельных деталей без учета локальных условий неустойчивости трещины с критической концентрацией напряжения у края. В этом случае условие достижения предельного значения силы, вызывающей разрушение материала путем отрыва, приводит к тем же соотношениям, что и энергетическое условие разрушения. Однако и в этих случаях элементарные соотношения, определяющие условия хрупкого разрушения, должны быть изменены при статической нагрузке с учетом фактического состояния материала, в частности его структуры. При этом заслуживают особого внимания следующие факторы [c.301]

Таким образом критерий Черепанова-Райса, являясь энергетическим критерием, имеет более общее значение, что позволяет рассматривать неустойчивость как упругих так и неупругих трещин. [c.295]

Прерывистый характер роста усталостной трещины при затрудняет достоверное определение К из-за отсутствия подобия локального напряженного состояния при переходах устойчивость - неустойчивость - устойчивость трещины. Используем в качестве критерия подобия в автомодельных условиях константу А, и запишем условие подобия перехода от одной пороговой скорости к другой Uq В виде [c.306]

В неустойчивом состоянии равновесия трещина начинает двигаться по достижении нагрузкой критического значения, определяемого из критерия разрушения. В закритической области трещина может распространяться при постоянной нагрузке. Область неустойчивых состояний равновесия характеризуется неравенством [c.327]

Анализ роста трещин в металлах при наводораживании. Вторым этапом создания теории водородного роста трещин является построение условия, позволяющего по данным о распределении водорода в зоне предразрушения определить момент локального разрушения, т. е. построение критерия локальной неустойчивости металла у вершины трещины. Это условие в общем виде таково [c.332]

Критическое значение коэффициента интенсивности напряжений в условиях возникновения неустойчивого состояния трещины из зависимости (2.5) можно связать д энергетическим критерием разрушения -ук, т. е. Кс= [c.25]

Начало распространения трещины является критической ситуацией для материала и тем более для элемента конструкции. Она отвечает точке неустойчивости, после которой снижается рассеивание в оценках усталостной прочности по критерию зарождения усталостной трещины. Они тем более достоверны, чем больший размер трещины использован в оценке долговечности. Однако степень неопределенности в оценках ресурса ВС остается, в том числе и потому, что после достижения критической длины трещины происходит быстрое. [c.47]

Связь параметров трещиностойкости с параметром п. Прерывистый характер роста усталостной трещины при dl/dN В затрудняет достоверное определение из-за отсутствия подобия локального напряженного состояния при переходах устойчивость—неустойчивость—устойчивость трещины. Используем в качестве критерия подобия в автомодельных условиях константу Д, связывающую критическую плотность энергии деформации с коэффициентом Пуассона (уравнение (189)). [c.197]

Для роста трещин характерно преимущественное развитие одной, наиболее опасной трещины (однако есть исключения, например, рост трещин в условиях сжатия), ее способность к быстрому неустойчивому росту, обычно приводящему к разделению, тела на части. При составлении критерия прочности на основе теории трещин в большинстве случаев получаются обычные теории прочности, однако фигурирующие в них константы следует считать уже зависящими от размеров начальной трещины, а также от ее формы и места расположения. Впрочем, для широкого круга явлений разрушения микронеоднородных тел прочность не зависит от величины начального возмущения (начальной трещины) и определяется характерными параметрами структуры тела, например, величиной зерна [13]. [c.22]

Устойчивые и неустойчивые состояния тела с трепанной. Тело с трещиной находится в состоянии механического равновесия, когда в любом элементе объема тела (как и для всего тела в целом) соблюдаются условия равновесия. Это означает, что нагрузка постоянна, нет движения элементов объема, следовательно нет распространения трещины (трещина неподвижна). Для того чтобы трещина стала распространяться, необходимо либо увеличить внешнюю нагрузку, либо (при постоянной нагрузке) снизить работу разрушения материала. С медленным ростом нагрузки трещина медленно растет. Малому приращению нагрузки соответствует малое приращение длины трещины, и, следовательно, рост нагрузки сопровождается соответствующим ростом длины трещины. Такое состояние тела с трещиной называется устойчивым (иногда квазистатическим или до-критическим) ростом трещины (или трещину называют устойчивой). Для устойчивости трещины соблюдается условие dP/dl > О, т. е. в предельном состоянии равновесия (нри соблюдении критериев разрушения) нагрузка является возрастающей функцией длины трещины. [c.112]

Отсюда получаем известный критерий Гриффитса о начале неустойчивого распространения трещины. Отметим, что уравнение (3.2.7) может быть переписано в виде критерия Ирвина (см. (2.3.47)) [c.191]

Проведено свыше 210 натурных экспериментов. Приблизительно при 140 из них исследованы характеристики распространения трещин, т. е. свойства быстрого неустойчивого разрушения трубы. На основании этих испытаний, в частности, получены данные о скорости и виде разрушения, количестве трещин, характере изломов. Около 70 испытаний проведены на трубах и сосудах под давлением, чтобы получить информацию о характеристиках инициирования дефектов, т. е. выявить критерии и факторы, которые определяют неустойчивость дефекта и условия быстрого развития пластического или хрупкого разрушения. [c.149]

Для роста трещин характерно преимущественное развитие одной наиболее опасной трепщны (однако есть исключения, например рост трещин в условиях сжатия, близкого к всестороннему), способность ее к быстрому неустойчивому росту, обычно вызывающему разделение тела на части. При составлении критерия прочности на основе теории трещин оказывается, что в большинстве случаев получаются обычные теории прочности, однако фигурирующие в них константы следует считать уже зависящими от размеров начальных трещин, а также от их формы и местоположения. Впрочем, для широкого круга явлений разрушения микронеоднородных тел прочность не зависит от величины начального возмущения (начальной трещины) и определяется характерными параметрами структуры тела, например величиной зерна (на это обстоятельство обратил в 1939 г. внимание Г. Нейбер см. также Г. П. Черепанов, 1967). Таким образом, формально к этому вопросу можно подойти как к простейшему обобщению обычных теорий прочности введением одного дополнительного внутреннего структурного параметра, не участвующего в формулировке реологической модели. Такой подход созвучен идее о введении в уравнения состояния дополнительных структурных параметров, развиваемой Л. И. Седовым. Не следует забывать также о том, что исследование процесса разрушения весьма часто представляет самостоятельный интерес вне связи с вопросом о несущей способности. [c.374]

Расчет устойчивости скальных массивов при намеченной потенциальной поверхности смещения осуществляется с помощью методов теории предельного равновесия с учетом приведенных ниже положений. Смещающиеся скальные массивы не являются абсолютно жесткими телами, а состоят из скальных блоков или отсеков, взаимодействующих в процессе смещения. Достижение предельного равновесия на какой-либо части потенциальной поверхности смещения еще не означает нарушения устойчивости массива, которая зависит от взаимодействия неустойчивых блоков с расположенными ниже устойчивыми частями массива. Расчет устойчивости] скальных откосов состоит в определении дефицита устойчивости как отдельных отсеков, так и всего скального откоса в целом. Диаграмма прочности на сдвиг по скальной трещине или ослабленной зоне представляет собой криволинейную зависимость, которая для упрощения математических расчетов аппроксимируется на выбранном интервале нормальных напряжений линейной (кулоновской) зависимостью. Прочность скальных массивов на отрыв по трещинам предполагается, как правило, равной нулю. Расчет абсолютного критерия устойчивости практически невозможен, поскольку природа всегда сложнее и многообразнее тех неизбежно упрощенных схем, которые могут быть рассмотрены в аналитических расчетах. Только вероятностный метод расчета устойчивости позволяет оценить надежность получаемого решения с учетом уровня достоверности вводимой в расчет исходной информации. [c.167]

Однако если не учитывать, что рассматриваемая система обменивается энергией и веществом с окружающей средой, то возникают серьезные трудности в математическом описании этого процесса и установлении критерия ветвления. Условия, при которых происходит ветвление трещины, соответствуют возникновению ее бифуркационной неустойчивости. Поведение системы в этой точке контролируется принципом подчинения, когда множество переменных подчиняется одной (или нескольким) переменным. Неустойчивость трещины при К = связана с достижением верхней границы разрушения отрьтом в условиях плоской деформации. В этой точке система сама выбирает оптимальные механизмы диссипации энергии, так что процесс носит автомодельный характер — на его развитие не требуется дополнительная энергия, а перестройка диссипативных структур носит самоорганизующий характер — происходит за счет накопления внутренней энергии. В этих условиях динамика самоподобного разрушения определяется самоподобным ростом микротрещин, обеспечивающим локальный отток энтропии из системы. [c.146]

У думающего читателя, прочитавшего название этого параграфа, сразу возникнут несколько вопросов. Во-первых, если существует динамическая механика разрушения, то, наверное, есть еще и статическая механика разрушения Во-вторых, как же это согласуется с тем, что разрушение чаще всего происходит вследствие неустойчивого распространения трещины (т. е. является существенно динамическим процессом) О какой же механике разрушения шла речь до сих пор Нужно сразу признаться, что эти вопросы отнюдь не просты, и ответы на них далеко не очевидны Действительно, процесс разрушения характеризуется (по крайней мере на заключительной стадии) быстрым распространением магистральной трещины или семейства разветвленных трещин, т. е. является существенно динамическим. В описании этого процесса иа микро- и макроуровнях остается много неясного, и когда мы встречаем в литературе утверждение о том, что механика разрушения предоставляет необходимый аппарат для расчета прочности тел и конструкций, то подразумеваем так называемую квазистатическую механику разрушения, которая дает ответ на вопрос о том, является ли существующая магистральная трещина устойчивой или нет. В самом деле, квазистатическая механика разрушения разработана достаточно хорошо, по это лишь первое прибли кепие к описанию разрушения, позволяющее судить только о том, начнется катастрофический рост трещины или нет. Предмет же динамической механики разрушения значительно шире, чем квазиста-тической. Если в квазистатпческой механике разрушения формулируется только критерий неустойчивого распространения трещины, то в динамической механике разрушения р1ужио установить ряд критериев для старта, [c.157]

Истинное распределение напряжений, очевидно, отличается дт того, которое было бы в идеально упругом теле. Разность представляет поле самоуравновешенных напряжений, вызванных несовместной неупругой деформацией в окрестности вершины трещины. При пропорциональном нагружении последние определенным образом связаны с напряжениями в упругом теле и, следовательно, могут характеризоваться теми же коэффициентами интенсивности напряжения хотя выражения (А6.31), (А6.33) перестают быть справедливыми. Следовательно, состояния устойчивой неподвижной трещины или неустойчивого роста трещины (разрушение) вполне могут определяться в пространстве параметров а, нахождением точки состояния внутри поверхности / ( ,, ц) = О в первом случае и на поверхностиа,) = О — во втором. Заметим, что критерий страгивания трещины/ (АГ а,) = О не содержит практически никаких допущений он означает, что в детали с трещиной поле напряжений в устье последней оказалось таким же, как в испытанном образце из того же материала в момент страгивания трещины. Нет оснований полагать, что в детали материал в устье трещины будет вести себя иначе, чем в образце. При этом не имеет значения то, что упомянутое поле напряжений (в детали и в образце) отличается от поля (А6.31) в идеально упругом теле зто отличие при пропорциональном нагружении будет одинаково. Таким образом, условие/, = О соответствует не моделированию, а простому воспроизведению ситуации. [c.241]

Пластическое течение с образованием ряби, наблюдаемое на гладких образцах Кула и де Систо в 1966 г., наглядно свидетельствует о быстро развивающейся пластической неустойчивости, за которой следует остановка трещины, и служит количественным критерием для определения возникновения начальной неустойчивости. Образование ряби объясняется влиянием таких факторов, как механическое упрочнение, скорость деформации, тепловое размягчение материала и жесткость испытательной системы. Обозначив соответствующим образом критерий остановки трещины н учтя динамические характеристики, можно было бы в известной степени довести аналитический метод Кула — де Систо до состояния, в котором бы он обеспечивал расчет остановки трещин. [c.20]

Для неустойчивой трещины, распространение которой носит спонтанный характер, выполняется условие (3), но выполнение обратного условия необязательно. Как утверждает Друкер (1954 г.), необходимо второе условие истинное местное максимальное напряжение должно достигать критического значения при истинном характере материала или, как утверждает Майлонас (1964 г.), местная деформация должна достигать критического значения. Тем не менее, как указывает Краггс (1963 г.), с конструктивной точки зрения следует принимать критерий Гриффитса не только как необходимое, но и как достаточное условие разрушения конструкции. [c.23]

Очевидно, что предмет динамической механики разрушения значительно шире, чем квазистатической. Если в квазистатической механике разрушения формулируется только критерий неустойчивого распространения трещины, то в динамической механике разрушения нужно установить ряд критериев для старта, остановки, распространения, искривления и ветвления трещин. В рамках упомянутой выше идеализированной модели при этом возникает соответственно целый спектр критических коэффициентов интенсивности козффициент интенсивности старта, зависящий от скорости нагр)окения, коэффициенты интенсивности остановки, ветвления и, наконец, критический козффициент интенсивности, зависящий от скорости распространения трещины. Некоторые экспериментальные данные по значениям коэффициентов интенсивности напряжений удается удовлетворительно объяснить, а некоторые — приводят к противоречиям с теоретическими положениями. Однако опубликованные экспериментальные данные и сами по себе противоречивы. Возможно,дело здесь в том, что во многих экспериментах пренебрегалось взаимодействием отраженных от границ образцов волн напряжений с вершиной трещины, недостаточно точно измерялись скорость распространения трещины и коэффициенты интенсивности напряжений. [c.5]

Таким образом, очевидно, что предмет динамической механики разрушения значительно шире, чем квазистатической. Если в квазиста-тической механике разрушения формулируется, как правило, только критерий неустойчивого распространения трещины, то в рамках динамической механики разрушения нужно установить целый ряд критериев дпя старта, остановки, распространения, искривления и ветвления трещины. При попытках феноменологического описания динамики разрушения при помощи концепций магистральной остроугольной трещины и коэффициентов интенсивности напряжений возникает соответственно целый спектр критических коэффициентов интенсивности коэффициент интенсивности старта трещины, зависящий от скорости нагружения, коэффициент интенсивности остановки, коэффициент интенсивности ветвления, коэффициент интенсивности распространения трещин, зависящий от скорости трещины. При этом некоторые экспериментальные данные удается объяснить, а некоторые приводят к серьезным противоречиям с теоретическими положениями. Необходимо, однако, заметить, что и экспериментальные данные сами по себе являются весьма противоречивыми. [c.159]

Неустойчивость трещины проявляется при достижении коэффициентом К величины критического коэффициента интенсивности напряжений Кс, обычно называемого вязкостью разрушения. Ко является важнейшей характерист1 кой материала в механике разрушения. Критерий Кс связывает величину напряжений в момент разрушения и критический размер трещины. [c.101]

Здесь предполагается, что распространение трещины произойдет, когда деформация в на некотором расстоянии перед концом трещины достигнет предельной величины е . Структурный параметр ра может определяться, например, величиной зерна, расстоянием между включениями, параметром решетки для упругого тела и т, п. Полезное приложение этот критерий находит при развитой пластической зоне перед фронтом трещины. В частности, он позволяет описать докритическое подрастание трещины для неустойчивой в критическом состоянии схемы пагрун ения тела с трещиной. [c.76]

Разработанная квазигетерогенная модель позволила прогнозировать распространение трещины в направлении нагружения и в поперечном направлении (устойчивое и неустойчивое). Появилась также возможность учесть зоны повреждения в области концентрации нормальных и касательных напряжений у кончика надреза. Изложены основные моменты рас-суждений, приводящих к необходимости рассмотрения этих областей. Влияние нормальных напряжений в направлении, перпендикулярном армированию, учтено в анализе путем введения эффективных касательных напряжений в плоскости армирования в критерий прочности. Кроме того, выведена модифицированная форма выражения для подсчета модуля сдвига в плоскости армирования вблизи надреза, учитывающая локальный изгиб волокон, ориентированных перпендикулярно направлению нагружения. Для анализа влияния на поведение композита дефектов поверхности и дефектов во внутренних слоях, возникающих либо в результате эксплуатации изделия, либо от начальных повреждений, использованы приближенные методы. [c.33]

Другой важный аспект инициирования трещины касается расчета надежности конструкции. Если дефект незначительного размера при его росте проходит сквозь стенку счосуда или трубы то в этом случае дефект может вызвать течь и снижение внутреннего давления вместо инициирования неустойчивого быстро развивающегося разрушения. При наиболее неблагоприятных условиях необходимо знать размеры критического дефекта, для того чтобы оценить, ожидается ли утечка прежде чем дефект достигнет критического размера (критерий утечки перед разрушением). [c.152]

Аналогичные выводы были сделаны Мак Клинтоком [2] в случае, когда нагрузки являются нециклическими. Предполагая, что образец уже нагружен. Мак Клинток изучал перераспределение напряжений, вызываемое прорезаемой выточкой. Мак Клинток отметил, что зарождающаяся трещина устойчива, т. е. после первого приращения длины трещины требуется увеличить напряжение, чтобы произвести дальнейшее ее распространение. При дальнейшем развитии трещина может стать неустойчивой. Позднее в обстоятельной работе Мак Клинток [3 подытожил основные сведения по распространению трещин при усталости. Рост усталостных трещин определяется двумя явлениями циклическими деформациями, а также нециклической прогрессирующей деформацией в вершине трещины. Работа содержит обзор предыдущих исследований, формулировку критериев разрушения, анализ экспериментальных данных. [c.415]

Некоторые результаты испытаний показывают, что наибольшая по размерам трещина не всегда определяет условия разрушення. Важную роль играют условия деформации в окрестности трещины. Экспериментальные наблюдения свидетельствуют о том, что поверхностные трещины бывают значительно более неустойчивы по сравнению с внутренними. Однако, несмотря на то, что статистические теории, выдвинутые до настоящего времени, являлись в той или иной мере ограниченными в смысле описания самого процесса разрушения реальных деталей, следует полагать что буд щее принадлежит также этим теориям, могущ] м отразить случайный характер процессов, протекающих при разрушении материала, и позволяющим дать вероятностную оценку критериям прочности. [c.455]

При быстром охлаждении (а + Р)-сплавов возможно образование хрупких метастабильных фаз типа мартенситных, снижающих пластические свойства соединений и способствующих образованию холодных трещин. Хрупкие промежуточные фазы могут появиться и при медленном охлаждении метастабильных (неустойчивых) Р-сплавов. Поэтому главный критерий выбора режимов сварки сплавов титана — скорость охлаждения при температуре полиморфного превращения. Сварку а-сплавов следует проводить при минимальных погонных энергиях из соображений ограничения роста зерна (а + Р)-сплавы, где велика опасность образования хрупких промежуточных и мартенситоподобных фаз и интерметаллидных соединений, целесообразно сваривать на мягких режимах с малыми скоростями охлаждения Р-сплавы со стабильной или метаста-бильной структурой следует сваривать со скоростями охлаждения, близкими к закалочным. В процессе охлаждения после сварки или вылеживания сварных конструкций с неустойчивыми структурами может проходить старение с дополнительным образованием хрупких упрочняющих фаз. В результате пластические свойства соединений снижаются. Для стабилизации механических свойств и снятия остаточных напряжений сварные соединения а-сплавов подвергают отжигу при температуре 500...600°С, вьщержке 0,5... 1 ч. Упрочняющая термообработка (а + Р)- и Р-метастабильных сплавов (ВТ6, ВТ14, ВТ22) состоит в закалке с температурой 880...950 °С и старении при температуре 475... 500 °С в течение 8... 22 ч. Термообработку проводят в вакууме, в камерах с контролируемой атмосферой или герметичных оболочках. [c.334]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...