Механика макротрещин

Первыми в механике макротрещин явились работы Гриффитса ), в которых делается попытка объяснить аномально низкую прочность в случае хрупкого разрушения материала при растяжении развитием при определенных условиях трещин, имевшихся в нем еще до приложения нагрузки. Позднее, примерно, с пятидесятых годов, интерес к этому подходу возрос. Появились работы как за рубежом, так и у нас, в которых первоначальные идеи получили дальнейшее развитие. Известные результаты в практическом отношении пока скромны, однако они уже сейчас. находят применение в технике. В настоящем параграфе кратко излагаются некоторые элементы теории трещин. [c.574]

За последние два-три десятилетия сформировалось и активно развивается новое направление в механике деформирования твердых тел, получившее название механика разрушения. Под этим термином понимается изучение условий равновесия и распространения макротрещин внутри нагруженных элементов конструкций вплоть до их полного разрушения. [c.370]

Заметим в заключение, что большие усилия и большие успехи в области механики распространения трещин привели к тому, что зачастую к ней сводится вся механика разрушения. На самом деле предмет механики разрушения гораздо шире. В ряде случаев, например, в металлах под действием нагрузки при высокой температуре, разрушение носит рассеянный характер, во всем объеме на границах зерен накапливаются поры, сливаются между собой и наконец объединяются в макротрещину. Здесь макротрещина — это лишь последний, видимый результат скрытого от невооруженного глаза, но хорошо видного даже под оптическим микроскопом процесса накопления повреждений. По-видимому, аналогичный характер разрушения наблюдается в некоторых полимерах, по здесь для обнаружения микроповреждений необходимы более тонкие методы. [c.12]

В данном разделе будут рассмотрены механизмы разрушения, которые учитывают воздействие некоторых инициаторов разрушения. Это могут быть локальные дефекты, например концы или разрывы волокон, а также более опасные, например макротрещины или надрезы, пересекающие много волокон. Однако разрывы волокон или другие дефекты, возникшие в композиционных материалах, не всегда обусловливают их разрушение. Определение того момента, когда инициатор разрушения становится непосредственно причиной разрушения, тесно связано с концепциями механики разрушения. [c.457]

Наряду с механикой разрушения, рассматривающей магистральные макротрещины, размеры которых соизмеримы с размерами тела, интенсивно изучается процесс разрушения с позиций теории дислокаций [20, 21]. По существу это есть изучение механизма разрушения на самой ранней его стадии, которая предваряет образование макротрещины, поэтому оба подхода к изучению макро- и микроразрушения должны взаимно дополнять друг друга. Вводимая при решении некоторых задач модель трещины в виде распределенных дислокаций по существу есть математический аппарат для изучения макротрещины. [c.10]

Указанное соответствие может быть установлено следующим образом перемещения границ рабочей зоны воображаемого идеального однородного образца из материала, заполняющего элементарный деформируемый объем, в условиях однородного напряженного состояния при одинаковых нагрузках должны совпадать с перемещениями границ рабочей зоны экспериментального образца на всех стадиях деформирования, включая стадию формирования и роста макротрещины. На основе зтих предположений могут быть использованы принятые в механике деформируемого твердого тела феноменологические уравнения и критерии. [c.22]

При наличии трещин, протяженность которых заметно выше по сравнению с размерами характерных элементов микроструктуры, материал рассматривают как континуум, а для описания развития таких трещин используют аппарат механики деформируемой сплошной среды. При разработке моделей и соотношений для количественного описания кинетики роста усталостных макротрещин используют идеализированные осредненные характеристики материала. При этом полученные соотношения являются обычно полуэмпирическими и содержат постоянные, которые не связаны в явном виде с основными характеристиками материала и определяются экспериментально. [c.37]

Дальнейшее развитие представлений о природе разрушения предполагает органическое соединение достижений в исследовании процессов повреждаемости и разрушения с позиций физики и механики разрушения. На объединении таких подходов и родилась новая дисциплина -- структурная механика разрушения. Некоторые из положений настоящей работы, в частности, при оценке характеристик трещиностойкости, учитываюш ие элементарные акты разрушения у вершины макротрещины, основаны на представлениях структурной механики разрушения. [c.22]

Применение к задачам механики разрушения современных численных методов позволяет рассматривать не только развитие макротрещин, но и более ранние, а также более поздние стадии процесса. Если известно поле напряжений, возникающее при контактном взаимодействии тел, то в принципе можно исследовать всю последовательность событий, привлекая достаточно широкий круг методов механики деформируемого твердого тела, физики прочности, физического металловедения и других. В нашей монографии [11] описаны некоторые варианты численных моделей и продемонстрирована их перспективность для всех перечисленных выше случаев нагружения контактирующих тел. [c.625]

Краевая задача для моделирования развитой динамической деформации и разрушения металлов включает решение классических уравнений механики деформируемого твердого тела (динамических и кинематических уравнений, а также определяющих соотношений), дополненных неклассическими соотношениями, описывающими процесс разрушения металла. Предлагается приближенное решение указанной краевой задачи в два этапа. На первом этапе для произвольного и фиксированного момента времени применяются изохронные вариационные принципы и прямые методы вариационного исчисления. Находятся с точностью до варьируемых параметров поля скоростей течения, напряжений и температур. На втором этапе решается система обыкновенных дифференциальных уравнений относительно варьируемых параметров. Процесс решения выполняется до момента образования макротрещины. Решение возобновляется после введения новых граничных условий на поверхностях трещины. Обоснованность этого метода приближенного решения установлена соответствующими теоремами. При решении подразумевается лагранжево представление о движении. [c.4]

Несмотря на подобное несовершенное строение металлов, для математического моделирования их пластической деформации применим аппарат механики сплошных сред (давно и успешно). Естественно считать, что этот аппарат применим и для металлического деформируемого тела, поврежденного микродефектами, но без макродефектов, т.е. при у < 1. Расчеты производятся до момента , при котором возникнет первая макротрещина при 4/ = 1. После этого аппарат механики сплошных сред применим тоже, но уже рассматривается деформирование тела вместе с одной или несколькими развивающимися макротрещинами. И так далее до потери несущей способности деформируемого тела и разделения его на части - фрагментации. [c.8]

Андрейпив О. E. Расчетная модель для определения периода зарождения усталостной макротрещины.— Физ.-хим. механика материалов, 1976, № 6, [c.223]

Резкое повышение номинальных и местных напряжений в роторах приисхидит при возпикповеиии аварийных режимов — режимов коротких замыканий. Коэффициенты перегрузки роторов зависят от их крутильной жесткости и моментов инерции. Увеличение напряжений может достигать 20—30 % при ограниченном числе (порядка 10—50) таких перегрузок за весь срок эксплуатации. Соответствующие этим режимам циклические повреждения невелики по сравнению с повреждениями при работе на основных режимах. Однако опасность аварийных перегрузок повышается, если к моменту перегрузки в роторах будут дефекты типа макротрещин, превышающие по своим размерам допускаемые. В этом случае оценку прочности проводят по критериям механики хрупкого разрушения. [c.9]

Окончание второй фазы соответствует образованию макротрещины с определенными геометрическими параметрами, которые можно определить и измерить. Напряженно-деформированное состояние в зоне кончика образовавшейся трещины может бьпъ описано методами механики разрушения (с помощью коэффициента интенсивности напряжений, J-интеграла и т.д.). В пределах этой фазы наблюдается сильное прогрессирующее влияние накопленной поврежденности на макроскопические физико-механические характеристики материала (модули упругости, скорость звука, плотность, удетшное электросопротивление и т.д.). В настоящее время считается, что окончание этой стадии соответствует образованию макроскопической трещины длиной 1 мм. [c.379]

Возможность появления ниспадающего участка на диаграмме вследствие процесса трещинообразования и повреждения отмечена в [21, 133, 184, 371]. Такой характер поведения материала на заключительной стадии деформирования материала во многих случаях ассоциируется с формированием или развитием макродефекта [325, 382]. В связи с зтим, наряду с явным описанием трещины в деформируемом теле,представляется перспективным феноменологическое направление механики разрушения, описывающее поведение материала на стадии формирования и роста макротрещины. Начало этому направлению положено С.Д. Волковым [56, 57]. Использование данного подхода связано с предположением, что механическое поведение сколь угодно малого объема материала при наличии разрывов, соизмеримых с его размерами, аналогично поведению макрообразца на заключительной стадии деформирования. Это в определенной степени отражает автомодельность процесса разрушения [27]. [c.22]

Известно, что явление разрушения представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, который начинается задолго до появления видимых трещин. Из-за отсутствия единой теории процесса разрушения (которую, быть может, и вообще невозможно создать) изучают закономерности этого явления, начиная от зарождения микротрещин (что определяется с помощью тончайших физических экспериментов) и до образования видимых макротрещин длиной от нескольких миллиметров до километров. Другими словами, ученые выделяют определенные масштабные уровни и в пределах каждой масштабной области изучают это явление в соответствии с построенной ими моделью, хорошо отражающей внутреннее строение материала и учитывающей граничные условия со стороны как левых, так и правых соседних областей масштабной шкалы. Линейные масштабы явления разрушения проиллюстрированы на рис. 41. В частности, явление разрушения изучается с позиций механики. Центр тяжести ее интересов леллит бли ке к концу изображенной здесь масштабной шкалы. Для механики характерно стремление к описанию основных особенностей разрушения в рамках строго сформулированных и достаточно общих моделей, применяемых к некоторым классам материалов. Использование основных положении, законов и методов механики (точнее, механики сплошной [c.67]

Второе направление в основном развивается в физике твердого тела и материаловедении и редко — в механике, так как оно пока не привело к разработке удовлетворительных феноменологических моделей. Однако развитие множественных дефектов и магистральной трещины — взаимосвязанные процессы, причем не только на стадии зарождения макротрешлны, но и на стадии ее распространения. Макротрещина обеспечивает высокую локализованную концентращ1ю напряжений и деформащ1Й, в этом случае ее поведение становится зависимым от роста появляющихся микродефектов и полостей. Концепция связи разрушения на макро- и микроуровнях позволяет объяснить важнейшие различия между теоретическими выводами, сделанными в классическом приближении к динамическому анализу трещины, и экспериментальными наблюдениями. Необходимо отметить, что в работе [ 3 ] была предложена модель, объединяющая статистический подход (для описания микроповреждений) и детерминированный (для описания макротрещины) в случае усталостного разрушения. [c.160]

Пирсон [16d] исследовал зарождение и последующий рост малых трещин (0,006 < а < 0,25 мм) в алюминиевых сплавах BSL 65 (предел текучести 490 МПа) и ДТД 5050 (предел текучести 540 МПа). Испытания на усталость при консольном изгибе проводили на гладких образцах круглого сечения типа I (по ГОСТ 23026—78) в линейно-упругих условиях нагружения. Анализ полученных экопе риментальных данных был проведен с использованием критериев линвйнЬ>упругой механики разруше>й1Я. Экспериментальные данные по исследованию кинетики роста как длинных, так и малых трещин представлены на рис. 53, а, б, из которых следует, что скорость роста микротрещин больше, чем макротрещин. Пирсон пришел к выводу, что скорость роста малых трещин стремится к значению, рассчитанному по уравнениям для данных трещин при глубине их, превышающей 0,13 мм. Другими словами, была определена характеристическая длина трещины, при превышении которой поведение как малых, так и длинных трещин становится одинаковым, т.е. раз личия между ними пропадают. [c.176]

Экспериментальное определение характеристик сопротивления малоцик-ловому деформированию и разрушению. Характеристики сопротивления малоцикловому деформированию и разрушению определяют по результатам серии испытаний образцов конструкционных материалов и металла сварных соединений (ГОСТ 25.502—79 и ГОСТ 25.504—82). Получаемые экспериментальные данные используют для изучения закономерностей малопикло-вого деформирования и разрушения определения расчетных характеристик прочности и пластичности оценки несущей способности элементов конструкций по критериям малоциклового разрушения обоснования выбора материалов конструкций, работающих при малоцикловом нагружении. Малоцикловые испытания образцов, кроме случаев исследования с позиций механики разрушения, проводят до момента образования макротрещины. [c.114]

Действительно, на некотором этапе этого процесса, как уже упоминалось, микроповреждеяия объединяются в макротрещины. Можно отказаться от детального изучения возникновения и развития сети микроповреждений (распределение которых по телу должно представлять поле параметра со, фигурирующего в (4.39)), если хотя бы ориентировочно известны начальные размеры и положение макротрещин. А это во многих случаях и в самом деле можно указать довольно точно без детального анализа начальной стадии процесса разрушения (существенное значение имеет тот факт, что между микро- и макротрещинами нет резкой границы часто разрывы в кристаллической решетке с размерами порядка десятков ангстрем оказывается возможным трактовать на языке механики сплошной среды). В результате задача о разрушении тела сводится к задаче о равновесии (или движении) тела с трещинами, определению сопротивления распространению в теле заданной системы трещин и тому подобным вопросам, служащим предметом механики тела с трещинами или, короче, механики трещин. [c.137]

Образование и развитие медианных трещин экспериментально изучено полнее других. Поэтому могут быть построены относительно точные модели этих процессов, как например, в работе Б. Лоуна и А. Эванса [24]. Методами механики разрушения могут быть определены такие критические условия, когда из микротрещины на границе пластической и упругой зоны образуется начальная медианная макротрещина дискообразной формы (на рис. 4 это — маленькая окружность, очерченная штриховой линией). Развитие такой дисковой трещины неустойчиво. При достижении пороговой нагрузки (твердость Н = Р/т а ) края медианной трещины скачком прорастают вплоть до поверхности полу- [c.631]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...