Пластическая зона у кончика трещины

В 12.2 говорилось о том, что в толстых пластинах с трещиной у острия возникает плоское деформированное состояние, а в тонких — плоское напряженное состояние. При этом протяженность пластической зоны у кончика трещины в последнем случае больше, чем в первом. В связи с этим величина как критерий устойчивости трещины оказывается справедливой только для достаточно толстых пластин, где пластическая зона у кончика трещины невелика. [c.386]

Пластическая зона у кончика трещины 18v , 185 [c.479]

Это напряжение должно быть значительно ниже предела текучести материала, который за пределами пластической зоны у кончика трещины работает в пределах упругости деформирования. Безразмерный коэффициент а отражает как геометрический фактор, так и характер распределения напряжения а. При весьма большом отношении ВИ этот коэффициент равен единице, что имеет место и в случае бокового надреза длиной I. При конечном отношении В/1 и неравномерном распределении напряжений коэффициент а принимает другие значения [101]. Случай сквозной трещины (рис. 4.15, а) в растянутой или изгибаемой пластине встречается при проведении различных опытов на трещиностойкость материалов. В расчетах конструкционных элементов чаще встречается случай плоской поверхностной трещины (рис. 4.15,6). Очертание фронта такой трещины в процессе ее развития по ряду экспериментальных данных близко к полу-эллипсу. Соотношение его полуосей по данным опытов [65] составляет примерно 0,38. Постоянство этой величины при изменении абсолютных размеров трещины объясняется тем, что независимо от исходной формы, она приобретает через некоторое число циклов нагружения устойчивую форму равного сопротивления продвижению во всех точках ее фронта. Коэффициент интенсивности /( сохраняет и в этом случае выражение (4.35) при иных значениях а, но часто используют также и выражение К — оа у лЬ, где Ь — глубина трещины (рис. 4.15, б). В тех случаях, когда глубина Ь соизмерима с расстоянием от контура трещины до противоположной поверхности тела, теоретическое определение коэффициента К оказывается затруднительным и его обычно находят экспериментальным путем (так называемый метод /С-тарировки) с использованием энергетической трактовки условий предельного равновесия трещин, распространяющихся путем квазихрупкого разрушения, т. е. такого, когда пластические деформации могут появляться лишь в локальных зонах у кончиков трещины. [c.130]

Зоны ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ У КОНЧИКА ТРЕЩИНЫ [c.134]

Структура материала является определяющим фактором в проявлении влияния изменяемой частоты приложения нагрузки на скорость роста трещины. Поэтому разные материалы в разных областях усталостного разрущения имеют различия в своей реакции на изменение частоты нагружения. В первую очередь это выражается через изменение циклического предела текучести, который влияет на размер зоны пластической деформации у кончика трещины при прочих равных условиях. Влияние на размер зоны скорости деформации 8, температуры Т, а также одновременное влияние этих параметров на процессы разрушения материала внутри зоны в совокупности определяют скорость роста трещины. Поэтому с позиций синергетики следует рассматривать влияние на скорость роста трещины частоты нагружения в виде [c.340]

Причина существования зависимостей вязкости разрушения Ki от геометрии образца в том, что ее величина определяется не в области хрупкого, а в области вязкого разрушения материала. При возрастании нагрузки у кончика трещины происходит последовательно пластическое затупление, что приводит к формированию зоны вытягивания (рис. 2.16), а далее происходит образование сдвиговых трещин по поверх- [c.104]

Вместе с тем для алюминиевых сплавов применение циклического предела текучести с целью оценки циклической зоны приводит к величине z = 0,033 [47]. Представленная характеристика пластической зоны отражает процессы, протекающие в приповерхностных слоях образца у кончика трещины. В этом случае различие между зоной растяжения и циклической зоной является четырехкратным [48, 50], что согласуется с теоретическими исследованиями [43]. [c.140]

Циклическое нагружение материала приводит к более сложной ситуации протекания пластической деформации у кончика распространяющейся трещины, что связано с формированием нескольких зон пластической деформации. Нарастание потока дефектов и формирование разрешенной для металла последовательности диссипативных структур происходит в каждом цикле на восходящей ветви нагрузки. После снятия нагрузки имеет место частичная релаксация и распад некоторых из возникших на восходящей ветви нагрузки дефектных структур. Поэтому поток энтропии применительно к циклической нагрузке в зоне пластической деформации следует рассматривать отдельно [c.146]

Из рассмотрения реальной геометрии траектории трещины в пространстве, которая отражает многообразие процессов взаимодействия структурных элементов у кончика распространяющейся трещины с пересекающей их зоной пластической деформации, следует, что уменьшать величину Ki на некоторый безразмерный коэффициент, если различия в локальных ориентировках направления роста трещины вдоль ее фронта статистически неизменны в разные моменты времени. В том случае, когда различия ориентировок локальных направлений роста трещины нарастают по ее длине, в качестве множителя следует использовать безразмерную функцию. Корректировка подразумевает уточнение реализуемых затрат энергии на рост трещины в связи с ее более развитой в пространстве геометрией излома, чем в предполагаемом случае формирования идеально плоской поверхности. Определение плотности энергии разрушения (dW/dV)f через уровень одноосного напряжения при растяжении образца при формировании излома с разной высотой скосов от пластической деформации и при различной шероховатости излома в срединных слоях образца также связано с введением поправки на используемую в расчете величину действующего напряжения (см. главу 4). Прежде чем определить структуру указанных поправок, рассмотрим вид управляющих параметров в уравнениях роста усталостных трещин. [c.235]

Генки — Надаи, и концепция интеграла У может быть использована при наличии вблизи кончика трещины пластической зоны. Следует отметить, что теория Генки — Надаи справедлива с некоторой степенью приближения. Например, если материал в пластической зоне подчиняется закону теории пластического течения, то формула (10.2) становится, вообще говоря, неверной. То же самое происходит в случае движущейся трещины, так как за пластической зоной происходит разгрузка материала. [c.24]

Рис. 3.7. Схема (а) расположения зоны пластической деформации у поверхности образца относительно траектории трещины ( ) схема возникновения утяжки материала у кончика трещины на поверхности образца (в) форма зоны у кончика трещины (г) экспериментальные данные [25] по распределению ориентировок векторов смещения в процессе формирования в вершине усталостной трещины (/) зоны пластической деформации (2) по поверхности листового материала из алюминиевого сплава Д16чТ

Обусловленность начала ротационной неустойчивости связана с возрастающим масштабным уровнем локализации деформации и разрушения материала и достижением некоторохг величины прироста трещины в цикле нагружения. С этого момента ротационная неустойчивость, являясь аккомодационным актом накопления повреждений без нарушения сплошности материала, становится определяющим процессом пластической деформации у кончика трещины. Возникает возможность поглощать больше энергии у вершины трещины без значительного увеличения размера зоны пластической деформации, что снижает темп подрастания трещины в цикле нагружения. [c.160]

Дальнейшим шагом вперед в установлении критериев вязкохрупкого перехода стало использование для определения критических температур хрупкости температурных зависимостей показателей трещиностойкости на образцах линейной механики разрушения. Это позволило регламентировать напряженно-деформированное состояние в зоне трещины путем обеспечения условий плоской деформации в зоне пластической деформации у кончика трещины, повысить достоверность результатов и получить сопоставимые значения критических температур хрупкости для сплавов с различной исходной стрз турой и химическим составом. [c.182]

Effe tive ra k size — Эффективный размер трещины. Физический размер трещины, увеличенный за счет зоны пластической деформации у кончика трещины. Иногда эффективный размер трещины определяется из измеренной величины материальной трещины плюс расчетное значение [c.944]

Рис. 54. Схематическое ияображеппо пластической зоны у кончика сквозной трещины в пластинке, отдалепио напоминающее кость. а) Сопоставление форм пластических зон при плоской деформации (в среднем сечении пластинки) и при плоском напряженном состоянии (у ео свободных поверхностен), б) Пространственное изображение пластической зоны

Процесс пластической деформации материала, реализующийся у кончика трещины с формированием нескольких зон, подтверждается результатами прямого наблюдения параметров дислокационной структуры у кончика трещины и под поверхностью излома [36-40]. В непосредственной близости к вершине трещины имеет место дискретное изменение плотности дислокаций на границе циклической зоны и зоны процесса. Измерения твердости на сталях под поверхностью излома после усталостного разрушения в области много-и малоцикловой з сталости [33, 35, 41, 42] показывают, что в результате пластической деформации материала в вершине распространяющейся усталостной трещины его наклеп по мере удаления от излома характеризуется двумя зонами. Выпол- [c.138]

Согласно принципам синергетики в материале протекает одновременно несколько процессов, каждый из которых включается в общий процесс эволюции системы, если это приводит к снижению темпа утраты устойчивости. Выдержка с постоянной нагрузкой приводит не только к увеличению зоны пластической деформации материала перед вершиной трещины, но одновременно может вызывать увеличение радиуса вершины трещины. При вязком внутризеренном механизме разрушения материала с формированием в изломе усталостных бороздок увеличение зоны пластической деформации ведет к увеличению СРТ, а затунление трещины — к снижению за счет снижения концентрации нагрузки у кончика трещины. Поэтому при одновременном протекании этих процессов в зависимости от степени их влияния на СРТ она может остаться неизменной, если между ними существует паритет возрасти, если превалирует увеличение зоны пластической деформации материала или снизиться, если решающую роль играет затупление трещины. [c.378]

Затупление вершины трещины направлено на снижение концентрации нагрузки в результате изменения геометрии вершины трещины. Этого можно достичь, например, методом простого плавления зоны металла у кончика трещины (А. с. 1400841 СССР. Опубл. 07.06.88. Бюл. № 21). Через поврежденную трещиной зону конструкции пропускается ток в направлении, перпендикулярном плоскости усталостной трещины. Плавление вершины трещины происходит от импульсов тока. Однако кажущаяся простота способа таит в себе I определенный недостаток. После плавления ме- талла в вершине трещины с последующим его произвольным остыванием происходит разупрочнение зоны перед вершиной трещины. Во-первых, устраняется зона пластической деформации, которая задерживала развитие трещины. Во-вторых, без специальной упрочняющей термообработки материала нельзя донз скать конструкцию к последующей эксплуатации. После плавления материал охрупчен, и усталостная трещина в нем может достаточно быстро распространяться. Но и после термообработки зона пластической деформации уже утрачена и не может быть восстановлена. [c.453]

Представлена краткая история и обаор модифицированной механики раз рушения Гриффитса — Ирвина. Подчеркнуто значение коэффициента интенсивности напряжений и скорости высвобождения энергии деформирования в механике разрушения изотропных и анизотропных материалов. Кратко изложена эмпирическая трактовка процесса усталостного роста трещины в изотропной среде. Затем перечислены противоречия между основными предпосылками классической теории разрушения и особенностями протекания процесса разрушения в многофазных слоистых материалах. Тем самым показана необходимость некоторого смягчения исходных предпосылок теории разрушения, которое позволило бы создать практически применимые подходы для решения задач разрушения композитов. Очень кратко, вследствие неприменимости непосредственно к решению инженерных задач, изложены основные результаты, полученные при помощи методов микромеханики, позволяющих исследовать процессы взаимодействия между трещиной, волокном и связующим в бесконечной среде. Далее огшсаны основные концепции современных макромеханических подходов для описания процесса разрушения композитов. Отмечено, что все подходы, расчеты по которым находятся в соответствии с экспериментальными данными, исключают из рассмотрения нелинейную зону или зону разрушения у кончика трещины. Более сложные теории (с учетом критического объема, плотности энергии деформирования) наилучшим образом согласуются с экспериментами на однонаправленно армированных композитах, когда трещины распространяются параллельно волокнам. Эти теории также хорошо описывают нагружение слоистых композитов под углом к направлению армирования, когда преобладающее влияние на процесс разрушения оказывает растрескивание полимерной матрицы. Расчеты по двум приближенным теориям (гипотетической трещины и критического расстояния) и комбинированному методу (модель тонкой пластической зоны) сравниваются с данными, полученными при испытании слоистых композитов с симметричной схемой армирования [ 6°]s. Приведены данные о хорошем соответствии степенной аппроксимации, применяемой для описания скорости роста трещины, результатам испытаний на усталость слоистых композитов с концентраторами напряжений. [c.221]

Согласно линейной механике разрушения коэффициент интенсив ности напряжений полностью характеризует поле упругих напряжений в окрестности вершины трещины fi является своеобразным мерилом напряжений и деформации внутри пластической зоны, образующейся у кончика трещины. Однако этот параметр определяется как приложенным напряжением/ так и длиной трещины. При испытании на усталость одинаковые значения коэффициента К можно получить как при вьюоком напряжении и малой длине трещины, так и при низком напряжении, но большой длине трещины. Однако соответствующий анализ [108], показывает, что идентичность напряженно-деформированного состояния можно ожидать лишь на некотором расстоянии от кончика трещины. При достаточном удалении от кончика трещины напряжения значительно различаются. Это, а также неодинаковая продолжительность испытания при двух уровнях напряжений, приводит к различному изменению свойств материала на пути следования трещины. Трещина в этих двух случаях развивается как бы в двух разных по свойствам материалах. Следовательно, при достижении одинаковых значений коэффициента интенсивности, но различных длинах трещины, скорости ее роста будут различны. [c.298]

В настоящее время ясно, что закономерности РУТ связаны с процессами, происходящими в зоне пластической деформации у вершины трещины. Изменение размеров зоны пластической деформации у вершины усталостной трещины на первой и второй стадиях периода распространения трещины во взаимосвязи со структурным состоянием материала хорошо иллюстрирует рис. 4.19. В этой зоне пластической деформации распространяющейся трещины происходит вторичная эволюция дислокационной структуры сформированной в периоде зарождения усталостных микротрещин. Так, непосредственно у кончика трещины, в ряде случаев обнаружена небольшая бездислокационная зона (например, у образцов из Мо и W), размер которой превышает среднее расстояние между дислокациями в пластической зоне [56, 57]. При большом удалении от вершины трещины наблюдаются дислокационные скопления, появление которых предсказывает теоретическая модель Билби-Коттрелла-Свиндена (B S-теория) [58] Они связаны с зарождением сдвиговых трещин [28, 56, 58]. При циклическом деформировании фольги из железа, непосредственно у вершины трещины, была обнаружена зона с мелкоячеистой субструктурой с размером ячеек 0,2-0,3 мкм, а на расстоянии от вершины трещины 20 мкм раз- [c.134]

Пагружепие трещины нормального отрыва в условиях плоского напряженного состояния в поле остаточных напряжений (связанных с предыдущим циклом нагружения) может приводит к образованию двух очагов пластического течения (двухзонная локализация пластических деформаций) неносредственно у кончика трещины и в зоне максимального остаточного растяжения, которое в случае циклического нагружения достигает одной трети предела текучести. Моделируя по схеме Леонова-Папасюка-Дагдейла пластические зоны отрезками, для определения трех безразмерных параметров, характеризующих положения пластических зон, получена ( ) система нелинейных уравнений, которая анализируется с помощью оригинального численного алгоритма ( ), разработанного специально для этой цели. Получена ( ) точная формула для вычисления раскрытия трещины нри двухзонно локализованных пластических деформациях. Асимптотический анализ величины раскрытия трещины для случая, когда линейный размер удаленной пластической зоны мал по сравнению с длиной трещины, приводит к заключению, что влияние удаленной пластической зоны па трещину проявляется в форме ее дополнительного закрытия. [c.251]

Рассматривается пагружепие пластины с трещиной нормального отрыва, нри котором возникает дополнительная, удаленная от копчика трещины, зона пластического растяжения. Подобная ситуация, как показывают расчеты, действительно реализуется при циклическом пагружепии с переменной амплитудой напряжений. Разгрузка трещины сопровождается мгновенным образованием у кончика трещины сжатой пластической зоны, в то время как на некотором удалении от кончика трещины возникает зона остаточного растяжения, в которой напряжения могут достигать трети от предела текучести. В этой последней зоне в течении последующих циклов нагружения могут локализоваться пластические деформации, образуя новый очаг пластического течения. [c.252]

Как следует из приведенного решения, вблизи кончика трещины ноле остаточных напряжений является сжимающим и стремится закрыть трещину. По мере удаления от трещины сжимающие напряжения сменяются растягивающими. Максимум остаточного растягивающего напряжения достигается у правой границы пластической зоны, сформировавшейся непосредственпо перед разгрузкой, и равен [c.260]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...