Скорость роста трещин (механика разрушения)

СКОРОСТЬ РОСТА ТРЕЩИН (МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ) [c.145]

Следовательно, ни в пределах заданного ресурса конструкции, ни тем более при продлении ее ресурса невозможно обеспечить безопасную эксплуатацию без учета факта появления и развития усталостных трещин. Именно поэтому в практику введен принцип конструирования отдельных деталей и конструкции в целом по безопасному повреждению [2-4]. В ряде мест конструкции допускаются усталостные трещины. Их размер определяется предельной несущей способностью детали и всего узла. Существование трещины в такой ситуации не является браковочным признаком для замены детали. На первый план выходит представление о длительности последующего, после обнаружения, роста трещины в эксплуатации до критических размеров. Получить такую информацию наиболее достоверно можно только на основе непосредственного анализа скорости роста трещины в эксплуатации и на основе использования подходов механики разрушения к определению предельного состояния тел с трещинами. [c.18]

В корпусах современных мощных паровых турбин основным процессом, определяющим развитие трещиноподобных дефектов, является процесс ползучести как при стационарном, так и при нестационарном нагружении. Критериями механики разрушения применительно к росту трещины в условиях ползучести являются скорость роста трещины и коэффициент интенсивности напряжений. [c.40]

Наиболее важным приложением механики разрушения к однофазным материалам, по-видимому, является предсказание усталостного разрушения. В этом случае начальная длина трещины может быть меньше критической, но в процессе циклического нагружения увеличивается настолько, что дальнейший рост трещины становится неустойчивым. Несмотря на широкое применение методов механики разрушения к изотропным однородным материалам, большинство работ рассматривает деформации нормального отрыва (трещина I рода) и использует эмпирический подход, задавая связь между AKi и скоростью роста трещины в виде степенного закона. Одна из распространенных форм этой связи имеет вид [c.232]

Таким образом, стадийность процесса развития усталостной трещины требует более тщательного изучения природы разрушения с учетом особенностей дискретного характера усталостного разрушения и с использованием подходов линейной механики разрушения. Полученные результаты позволили детализировать стадии развития усталостной трещины, ввести новые пороговые значения амплитуды коэффициента интенсивности напряжений AKf и АК , характеризующие циклическую трещиностойкость, и дать им физическую интерпретацию, а также установить соответствующие им пороговые скорости роста трещины (vlh = а, за цикл и щ), характеризующие изменения кинетики и особенностей механизма разрушения. Процесс роста усталостной трещины следует рассматривать с позиции дискретного разрушения с учетом существования кванта разрушения, а также предельной запасенной энергии, накапливаемой при циклировании и контролирующей кинетику роста трещины (движение дислокаций и процесс повреждений в результате пластической деформации в локальном объеме). [c.257]

Методы испытания на основе механики разрушения использованы для оценки вязкости разрушения и скорости роста трещины усталости материалов для сосудов под давлением в космической технике, емкостей для жидкого природного газа и материалов для сверхпроводящих электрических машин. Имеется несколько обзоров по вязкости разрушения при низких температурах в работе [49] приведены данные по Ki материалов авиакосмической техники в интервале температур 20—300 К, в обзоре [50] — характеристики высокопрочных сплавов, в работе [51] — свойства криогенных никелевых сталей. Данные по скорости роста трещины усталости при 4 К содержатся в обзоре [52]. Скорость роста трещины различных материалов при охлаждении уменьшается, за исключением сталей при температурах ниже температуры хладноломкости. Свойства [c.24]

Корабельные танки для жидкого природного газа. Для транспортировки ожиженного природного газа используют устройства разного типа [63]. Обычно эти емкости имеют двойные стенки. Назначение внутренней стенки — обеспечить сохранность содержимого в течение всего рейса, а внешней — не допустить утечки газа в течение 15 сут с момента появления трещины в первой стенке. В конструкции сферических свободно установленных танков необходимость во второй стенке отпадает, если расчет, выполненный на базе механики разрушения, указывает на удовлетворительное поведение материала с треш,иной [64]. При таком подходе рост трещины в стенке танка до сквозной и появление выявляемой течи не должно привести к разрушению за время до устранения повреждения. С учетом штормовой погоды в открытом море этот период составляет минимум 15 сут. Механику разрушения используют для расчета минимальной длины трещины, которая позволяет зафиксировать утечку газа с помощью течеискателей [53]. Период до начала ремонтных работ вычисляют интегрированием уравнения (21) в пределах от этой минимальной до критической длины трещины. При этом необходимы данные относительно скорости роста трещины в материале, из которого изготовлен танк, и спектра повторных нагрузок, возникающих в штормовых условиях. [c.28]

Наиболее распространенной термообработкой алюминиевых сплавов с целью повышения стойкости к КР (особенно в случае склонных к КР сплавов серий 2000 и 7000) является перестаривание. По мере того как выделения становятся менее когерентными и постепенно снижается прочность, стойкость к КР часто возрастает весьма существенно. В результате достаточно высокую стойкость можно приобрести ценой умеренного понижения прочности. Например, перестаривание сплава 7075 в течение 10 ч при 435 К уменьшает предел текучести лишь примерно на 7 %, тогда как время до разрушения гладких образцов возрастает очень резко [2]. Рис. 25 иллюстрирует это в терминах механики разрушения при продолжительности обработки свыше 10 ч вязкость разрушения Ктс очень быстро возрастает, тогда как максимальная скорость роста трещины при КР (соответствующая плато, или области П [c.89]

В последние годы усилия исследователей были направлены на применение механики разрушения к решению задач о скорости роста трещин в образцах и (или) узлах конструкции, и здесь были получены некоторые обнадеживающие результаты [c.56]

При наличии в конструкциях макродефектов типа трещин (непровар, расслой и т. п.) использование указанных подходов к оценке прочности при малом числе циклов нагружения не правомерно. В этом случае должны использоваться зависимости механики разрушения, позволяющие определять скорость роста трещины и ее критическую длину Г7]. [c.190]

Партоном и Борисовским [248] проведен анализ экспериментальных данных последних лет по динамике трещин, выявивший колебательный характер движения трещины в различных твердых телах (в том числе в металлах и полимерах), ветвление трещин на различных масштабных уровнях, скачкообразное изменение скорости роста трещин, опережающее зарождение микротрещин, и другие дефекты. Это позволило авторам развить новую концепцию динамического разрушения, сформулировать задачи динамической механики разрушения и установить отличие ее подходов от квазистатической механики. Предмет динамической механики разрушения включает решение следующих задач [248] [c.145]

Однако уравнения (2.1.30)-(2.1.32) в явном виде не учитывают процесс развития трещин I по числу циклов N и времени т. В соответствии с уравнениями линейной и нелинейной механики разрушения скорость роста трещин описывается степенными уравнениями [c.84]

В основе второй группы методов лежат испытания образцов с предварительно созданными трещинами с использованием принципов механики линейного разрушения. Критерием стойкости к КР в этом случае является коэффициент интенсивности напряжения в вершине трещин, приводящий к началу стабильного роста трещины с последующим разрушением. Этот критерий определяется построением диаграммы интенсивность напряжения Ki — скорость роста трещины da/ dr , где а — глубина трещины. [c.147]

Наличие достоверного и понятного соотношения между скоростью роста трещины и А/С существенно облегчает расчеты скоростей роста в деталях, так как относительно простые лабораторные испытания могут дать информацию, прямо используемую в реальных условиях службы. Однако существование необъяснимо высоких показателей степени т в сочетании с заметным влиянием на скорость роста трещины в некоторых сплавах средних растягивающих напряжений ставит под сомнение общность применимости механики разрушения к описанию усталостного роста трещины . Ряд проблем возникает при описании распространения усталостных трещин в тонких полосах, а также в образцах, испытанных в условиях неоднородных переменных напряжений (перегрузки, нестационарное нагружение и т. д.). Перед тем как перейти к описанию попыток решения этих вопросов, следует остановиться на экспериментальных методах определения скорости роста трещины. [c.226]

Механика разрушения изучает рост трещин — устойчивый (задача состоит в определении скорости роста трещины) [c.237]

В работе [199] было показано, что наиболее полно изменяющимся комбинациям схем нагружения, геометрии образца, трещин и других факторов удовлетворяет степенная зависимость, предложенная Парисом — формула (120), полученная на основе последних достижений линейной механики разрушения. Эта зависимость в двойных логарифмических координатах устанавливает линейную связь между скоростью роста трещины и коэффициентом интенсивности напряжений в вершине трещины. [c.158]

В последние годы применение критериев механики разрушения к исследованию процесса разрушения при циклических нагрузках образцов с трещинами позволило построить диаграмму усталостного разрушения и определить пороговый коэффициент интенсивности напряжений А/С/,, ниже которого распространение трещины не обнаруживается. С.Я. Ярема [262] предложил ря способов экспериментального определения. Так, его находят как коэффициент интенсивности напряжений при скоростях ниже 10 м/цикл, понижение которого на 10 % вызывает десятикратное падение скорости роста трещины, определяют и как /f, соответствующее заданной ма- [c.170]

Долговечность конструкции, подвергающейся повторному действию нагрузок, интенсивность которых изменяется от умеренной до высокой, зачастую определяется циклическим ростом трещиноподобных дефектов. Установлено, что параметры, определенные при помощи линейной механики разрушения, позволяют получить соотношения, связывающие скорости роста трещин в образцах и конструкциях при номинальных упругих напряжениях. Эти параметры, называемые коэффициентами интенсивности напряжений, определенным образом учитывают значения напряжений, геометрические характеристики и размер трещины и могут быть вычислены посредством анализа напряженного состояния конструкций, имеющих трещины. [c.46]

В литературе имеется много сведений об использовании при лабораторных исследованиях коррозионного растрескивания не гладких образцов, а образцов с надрезом или с предварительно нанесенной трещиной. Поступают таким образом с целью повышения воспроизводимости результатов, а также потому, что гладкие образцы при прочих равных условиях не разрушаются. Кроме того, при использовании образцов с надрезом или трещиной проще и легче определять некоторые параметры, в частности скорость роста трещины. Однако развитие в последнее десятилетне линейной механики разрушения (см. раздел 5.9) при- [c.317]

Создание такой модели требует проведения большого объема предварительной работы, в первую очередь, по выявлению комплекса прочностных свойств в широком диапазоне температур, в том числе стандартных — предела текучести, предела прочности <т истинного сопротивления разрыву л, а также характеристик механики разрущения — предельного коэффициента интенсивности напряжений для деталей с трещинами и коэффициента интенсивности деформаций — критерия квазихрупкого разрушения деталей с трещинами. Необходимы также параметры кривых усталости для расчета долговечности на этапе зарождения трещины и данные по скорости роста трещины. Кроме того, определяются характеристики условий эксплуатации — нагрузки, температуры, многоцикловые повреждения материала, химические и радиационные воздействия и другие. В результате моделирования вычисляют вероятности безотказной работы для разных видов отказов и разрушений и долговечность, что легко переводится в число отказавших и разрушившихся деталей или в годы службы [5]. [c.365]

В методе АЭ контроля говорится о растущих трещинах или о трещинах, склонных к росту . При этом нет специальных разъяснений, о каком росте трещин идет речь. Вместе с тем, в механике разрушения вьщеляются несколько видов роста трещин, причем для каждого вида диапазон возможных скоростей роста трещин составляет несколько порядков. Вероятность реализации конкретного механизма роста и параметров скоростей зависит от класса материалов, температуры, состава контактирующей с материалом среды типа, уровня и временного характера условий нагружения. [c.96]

Скорость распространения трещин. Для описания закономерностей, которым подчиняется рост трещин ползучести, усталости и малоцикловой усталости, используют методы механики разрушения [149-153], основанные на том, что параметром, определяющим скорость роста трещин (СРТ), является коэс и-циент интенсивности напряжений Ki или размах коэффициентов интенсивности напряжений йК. Значения Ki рассчитываются по формуле Kl = Yгеометрический фактор, значения которого определены для различных тел [151]. [c.222]

Практика эксплуатации реальных деталей показывает, что из-за концентрации напряжений, неточности сборки, влияния среды и т. п. стадия разрушения, состоящая из возникновения и развития трещины, начинается задолго до исчерпания несущей способности детали. При этом прочность материала детали не реализуется. В результате постепенного роста трещины длительность процесса разрушения от начала до полного разрушения занимает 90 % времени жизни детали и более. Вот почему практически интересно не столько наличие трещины, сколько скорость ее роста в lex или иных условиях. В связи с этим основная задача механики разрушения — изучение прочности тел с трещинами, геометрии трещин, а также разработка критериев несущей способности элементов конструкций с трещинами. [c.728]

Особенности кинетических диаграмм разрушения. В первых исследованиях, касающихся оценок кинетики докритического роста трещип при длительном статическом нагружении в водных средах, рассматривались преимущественно закаленные низкоот-пущенные стали с пределом текучести выше 1500 Н/мм . Было показано, что скорость распространения трещины прямо пропорциональна коэффициенту интенсивности напряжении растущей коррозионной трещины. Дальнейшее распространение подходов линейной механики разрушения па более широкий круг высокопрочных материалов и коррозионных сред выявило более сложный характер зависимости viK). Типичная кинетическая диаграмл1а коррозионного растрескивания в координатах gv-K представлена на рис. 42.3. На участках I и III скорость роста трещины увеличивается с повышением X, а в пределах участка II, охватывающего значительный диапазон значений К, наблюдается стабилизация скорости. Существуют различные суждения о причинах четко выраженных участков диаграммы коррозионного растрескивания. Их связывают с влиянием в пределах каждого участка доминирующего механизма воздействия среды. Второй горизонтальный участок часто связывают с релаксацией напряжений в вершине трещины вследствии ее интенсивного ветвления. Характер зависимости v K) во многом зависит от структуры сплава и типа среды. Для высокопрочных сталей с мартенситной структурой с пределом текучести 1500 Н/мм и выше на кине- [c.341]

Анализ взаимосвязи скорости счета АЭ и трещинообразования основан на общих положениях механики разрушения. Скорость роста трещины (отношение приращения длины за цикл нагружения) Г dljdn зависит от коэффициента концентрации напряжения К в вершине трещины и определяется соотношением V = = С К , где Сиг/ — константы материала. Коэффициент К = = а (/)0 5 / (1/6), где Ь — поперечный размер детали. Для бесконечной пластины, подвергнутой одностороннему растяжению, К = о Суммарный счет АЭ при развитии трещины в усло- [c.447]

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]

Влияние размера зерна на растрескивание сталей исследовано достаточно полно. Общий вывод экспериментов, проведенных при измерении в широких пределах условий поляризации, состоит в том, что уменьшение размера зерна повышает стойкость к растрескиванию [16, 18]. Это наблюдалось для таких различных сплавов на основе железа, как сталь 4340 [13], АРС77 [23], мартенситно-стареющая сталь [27, 57], высокочистое железо [20, 50] и сплавы Ре—Т1 [20, 58]. В качестве примера на рис. 10 приведены данные для высокопрочной стали 4340 и сплава Ре—Т1 с низким уровнем прочности. Поведение высокопрочной стали (рис. 10, а) было исследовано методами механики разрушения. Результаты показали, что скорость роста трещины уменьшается при измельчении зерна [13], но поведение /Снф при этом неоднозначно наблюдалось как возрастание [23], так и постоянство этого параметра при изменении размера аустенитного зерна [13]. Здесь следует проявлять осторожность, так как для однозначных выводов необходим учет конкурирующих эффектов, связанных с влиянием уровня прочности. Сильная зависимость уровня прочности от размера зерна затрудняет раздельное определение роли этих факторов. [c.64]

Группа специалистов по механике разрушения исследовала возможность применения этого уравнения для описания экспериментальных данных по скорости роста трещин. Статистической обработхе было подвергнуто большое количество данных по скорости роста трещин в сплаве 7075-Т6. Оказалось, что уравнение дает хорошую корреляцию при = О, однако оказывается неточным при больших положительных и низких отрицательных значениях R. Для улучшения сходимости расчета с экспериментом уравнение бьшо уточнено за счет увеличения количества параметров. Для получения корреляции при асимметрии цикла от -1 до +1 пришлось прибегнуть к уравнению арктангенса с 10 параметрами. [c.431]

Энергетические критерии (у, G, J) механики разрушения для описания скорости роста трещин в упругой и неунругой постановке при статическом и циклическом нагружениях в условия х комнатных температур использованы в работе [1111 и др. [c.218]

На второй стадии зародившиеся макроскопические трещины растут. При этом каждая трещина в процессе развития пересекает весьма большое число элементов структуры, механические свойства которых образуют сечение однородного и эргодического поля. Поэтому средняя скорость роста трещины dl/dt, определяемая по отношению к медленному времени t, зазисит не от локальных свойств первичных элементов, а от их усредненных значений. Таким образом, если стохастические модели для описания первой стадии в основном определяются крайними членами вариационного ряда, характеризующего прочность и локальную напряженность первичных элементов, то скорость роста макроскопических трещин в основном (помимо параметров нагружения) зависит. от усредненных по объему механических характеристик материала. Это обстоятельство обнаружено во многих экспериментах. В частности, если локализовать трещину с высокой степенью точности (что делается в экспериментальных работах по механике разрушения), то разброс скорости ее роста dl/dt оказывается умеренным даже по сравнению с разбросом долговечности для образцов с концентраторами. Процесс образования зародышей продолжается и после того, как началось развитие первой магистральной трещины. Более того, процесс разрыхления изменяет структуру материала в области, где должна пройти трещина, что непосредственно влияет на скорость dlldt. [c.111]

Относительно скорости роста v малых трещин имеются довольно противоречивые сведения. Для малых трещин в сталях, алюминиевых и титановых сплавах характерны как высокие, так и более низкие скорости по сравнению со скоростями роста длинных трещин [269]. Средняя скорость развития малых трещин в высокопрочных сталях ниже, чем длинных. Установлено [270], что скорость роста малой трещины в области порогового AAfj/, непропорциональна ее длине, а скорость роста трещины из надреза выше скорости, рассчитанной по соотношениям механики разрушения из-за влияния пластичности в надрезе и концентрации напряжения. [c.175]

В 1858 г. Велер впервые показал, что на прочность материала влияет цикличность нагружения и что чем ниже амплитуда напряжения, тем больше число циклов до разрушения. Так в жизнь вошли кривые усталости (кривые Велера), по которым до последних лет в оснбвном проводились оценки сопротивления материала усталостному разрушению. Спустя 100 лет, с развитием теории трещин на основе механики разрушения было установлено, что важнейшим информативным параметром для анализа усталостного разрушения является скорость роста трещины. Это привело к введению в экспериментальную практику кинетических диаграмм усталостного разрушения, связывающих скорость роста трещины dl — dN с размахом коэффициента интенсивности напряжения А/С. Экспериментальные исследования зависимости скорости роста трещины от размаха коэффициента интенсивности напряжения позволили выделить три характерные стадии роста трещины (рис. 69) [c.124]

Одним из важных вопросов механики твердого тела является вопрос о развитии макроскопических трепщн, причем наличие адсорбционного металла Существенным образом отражается на всем характере разрушения. Скорость роста трещины зависит от быстроты омывания берегов трещины и особенно от скорости поступления металлического расплава в вершину трепщны. Наряду с распространением расплава вдоль берегов происходит впитывание жидкого металла стенками образующейся трещины, причем конечная длина трещины зависит от своеобразной конкуренции этих процессов. Е. Д. Щукин показал, что чем быстрее распространяется адсорбционный металл и чем медленнее он впитывается стенками, тем больше длина трещины при прочих одинаковых условиях (масса раствора, растягивающие напряжения, геометрия пластинки и т. д.). Получена следующая зависимость длины трещины I от массы адсорбционно- [c.438]

К числу еще неразрешенных задач, требующих детального изучения, относится оценка скорости роста трещины в условиях ползучести в среде с повре-ждеппостью и связанная с данным вопросом проблема сращивания ближнего ноля (т.е. решения, полученного в окрестности вершины трещины) с дальним нолем , определяемым заданными граничными условиями на бесконечности. Стандартным приемом сращпванпя ближнего и дальнего нолей является использование ипвариаптпых интегралов механики разрушения /-интеграла. [c.405]

С позиций механики разрушения (механики трещин) комплексной характеристикой сопротивления усталости металлов и сплавов является кинетическая диаграмма усталостного разрушения (рис. 5.11). По оси ординат на этом рисунке откладывается логарифм скорости роста трещины, а по оси абсцясс — логарифм размаха коэффициента интенсивности напряжений АК= /Сщах — min го максимальное значение В общем случае [c.318]

Выполненный обзор литературы позволяет сделать вывод, что для описания влияния коррозионной среды можно использовать подходы, основанные на применении линейной механики разрушения. На наш взгляд, для проведения расчетных исследований кинетики усталостной трещины в коррозионной среде наиболее приемлем метод, изложенный в работе [168], с помощью которого можно рассчитать скорость развития трещин в коррозионной среде при различной частоте нагружения на основании данных о скорости их развития на воздухе. В случае, если КИН при соответствующей длине трещины в элементе конструкции будет больше, чем Ks , количество циклов, необходимое для роста трещины при этом условии, можно считать нулевым. Такое допущение дает консервативную оценку долговечности элемента конструкции, что в инженерной практике вполне допустимо. [c.200]

Для оценки скорости роста усталостных трещин использовались эмпирические формулы, в которые не входили параметры механики разрушения. Однако только введеипе в число параметров (влияющих па распространение трещины) коэффициента интенсивности напряжений позволило судить об общих закономерностях роста трещины при повторном (циклическом) нагружении. И это естественно, так как рост трещины усталости происходит на фоне упругих деформаций, кдгда справедливы критерии линейной механики разрушения. [c.258]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...