О критериях пластического разрушения

О КРИТЕРИЯХ ПЛАСТИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ [c.446]

Отметим, что при построении различных моделей разрушения и формулировке критериев хрупкого разрушения во многих случаях исходят в общем из априорного постулирования преобладающего значения того или иного процесса. Так, например, в работах [149, 150] предполагалось, что критическое напряжение хрупкого разрушения 5с в поликристаллических материалах с различной структурой при разных температурно-деформационных условиях нагружения определяется только одним условием — переходом зародышевых микротрещин к гриффитсов-скому (нестабильному) росту. Условия распространения микротрещины как через границы зерен, так и через любые другие барьеры, возникающие при эволюции структуры в результате пластического течения, игнорировались. При этом сделана попытка объяснить увеличение S с ростом пластической деформации гР уменьшением длины зарождающихся в процессе деформирования микротрещин за счет уменьшения эффективного диаметра зерна [149, 150]. Такая модель не позволила авторам удовлетворительно описать зависимость S eP), что привело их к выводу о существенном влиянии деформационной субструктуры на исследуемые параметры. Следует отметить, что, рассматривая в качестве контролирующего разрушения только процесс страгивания микротрещины и не учитывая условия ее распространения, практически невозможно предложить разумную концепцию влияния пластической деформации на критическое напряжение S . [c.61]

Гг. Согласно критерию текучести Мизеса, = 2й где к — общепринятый предел текучести при сдвиге для матрицы, а Цз — поперечная компонента напряжений (а > о ). Эти соображения показывают потенциально важную роль поперечных напряжений сжатия для устранения возможности возникновения пор между частицами. Следует отметить, что в деформированных сфероидизированных сталях часто наблюдалось образование пор между двумя близкорасположенными частицами цементита, хотя, но сведениям автора, их роль в пластическом разрушении специально не исследовалось. [c.71]

Вязкое разрушение. Разрушение, которому предшествует значительная пластическая деформация, обычно считают вязким. Существуют различные представления о процессе вязкого разрушения одни исследователи считают, что оно наступает в результате исчерпания пластичности, в этом случае критерий разрушения — критическая деформация другие — вязкое разрушение объясняют наклепом материала впереди трещины, который достигает такой степени, что напряжение или деформация возрастают до значений, удовлетворяющих некоторому критерию разрушения. [c.40]

Исследования критериев малоциклового разрушения при повышенных и высоких температурах ведутся в последнее время весьма интенсивно, о чем свидетельствует большое количество различных предложений, посвященных выбору физически обоснованной меры повреждаемости материала в процессе эксплуатации и разработке соответствующих кинетических зависимостей, позволяющих оценивать остаточный ресурс конструкций в связи с параметрами процессов нагружения и нагрева. Существующие опытные данные указывают на значительную сложность физических процессов, приводящих к разрушению материала при высокотемпературном циклическом нагружении. Взаимодействие стадий образования и подрастания микропор и микротрещин в процессе пластического деформирования, слияния микротрещин, образования и распространения макротрещины подчиняется сложным статистическим закономерностям и не получило до настоящего времени исчерпывающего теоретического описания. Поэтому практически все существующие модели накопления повреждений базируются, как правило, на феноменологических представлениях. При этом оценку накопленных в процессе деформирования повреждении осуществляют, используя различные скалярные и тензорные параметры [18—201 (эффект Баушингера, длина траектории пластического деформирования, изменение плотности и т. п.), являющиеся макроскопическими (механическими) характеристиками явлений, определяющих на структурном уровне накопление и перераспределение поврежденности материала. [c.16]

Критерий упругопластического разрушения, о котором шла речь в предыдущем разделе, относится к случаю маломасштабного пластического течения, при котором поле напряжений в пластической зоне в окрестности вершины трещины подавляется окру- [c.59]

Если размер пластической области вблизи фронта трещины мал по сравнению с толщиной оболочки и, кроме того, условия локального разрушения в точках фронта трещины близки к условиям локальной плоской деформации, то критериальная комбинация в принципе может быть определена из решения сингулярной задачи для полубесконечного разреза в пластине и критерия локального разрушения в условиях плоской деформации. Поясним это на простейшем случае, когда фронт разреза прямолинеен и перпендикулярен к плоскости пластины. Сингулярная задача на основании принципа микроскопа ставится так требуется найти решение уравнений теории упругости в полосе z < /г/2 с разрезом вдоль у = О, л < О при всюду свободных от нагрузок границах (см. рис. П87). Поле на бесконечности задается суперпозицией формул (3.44), (3.45), (П.151). [c.590]

Охрупчиванию Металла способствуют объемное напряженное состояние, а также скоростное нагружение образца при действии удара маятника. При этом дополнительным критерием, кроме ударной вязкости (5у), является вид поверхности излома. Кристаллические блестящие участки в изломе образца свидетельствуют о хрупком характере разрушения без существенной пластической деформации, матовые участки — о вязком разрушении, сопровождающемся пластической деформацией металла. Понижение температуры образца способствует хрупкому излому, повышение температуры образца перед испытанием — обычно вязкому излому. Работа, затрачиваемая при хрупком разрушении образца, значительно меньше, чем при вязком разрушении. [c.22]

Наряду с борновским существует другой критерий прочности кристаллов, физически менее обоснованный и ясный. Он основан на предположении о связи процессов разрушения и пластической деформации с плавлением, в связи с чем называется термодинамическим [263]. В рамках этого критерия теоретическая прочность связывается с основной характеристикой плавления — скрытой теплотой перехода. Поскольку последовательная логическая схема получения такого соотношения отсутствует, данный критерий получил различные математические формулировки [263-267]. Наиболее удачная из них [265] позволяет устранить существовавшее ранее расхождение (в 2 Ч- 5 раз) между теоретической и экспериментально наблюдаемой прочностью кристаллов. Успех термодинамического подхода обусловлен тем, что отнесенная к единице объема скрытая теплота плавления оказывается величиной того же порядка, что и предел прочности кристалла, а деформация разрушения соизмерима с величиной теплового расширения от данной температуры до температуры плавления. Хотя справедливость термодинамического критерия разрушения [c.298]

Третья и четвертая теории прочности. При изучении тел, способных испытывать значительные пластические деформации (важнейшим примером таких тел являются металлические тела), еще до вопроса о разрушении возникают вопросы, касающиеся пластической деформации, прежде всего, вопрос о критерии ее возникновения. Внешне этот вопрос сходен с вопросом о критерии разрушения. В частности, и здесь имеют значение не только сами величины главных напряжений, но и отношения между ними (см. п. 1 в этом параграфе). Сходство,. однако, исчезает, как только мы обращаемся к причинам в то время, как основным механизмом хрупкого разрушения является отрыв, пластическая деформация реальных тел, как уже упоминалось, обусловливается необратимыми относительными сдвигами элементов структуры тела. [c.123]

О критериях разрушения при наличии концентрации напряжений, а также на смягчение эффекта концентрации вследствие пластической деформации. [c.114]

Для материалов,разрушение которых при данном напряженном состоянии происходит без существенных пластических деформаций, наилучшее совпадение с результатами экспериментов дает критерий наибольшего нормального напряжения. Если разрушение детали происходит в результате сдвига и сопровождается значительными пластическими деформациями, лучшее соответствие с экспериментальными данными дает теория наибольшего касательного напряжения. Для условий двухосного растяжения, когда сгз = О, критерии разрушения обеих теорий совпадают. Согласно теории Мора, нарушение прочности происходит, когда на некоторой площадке осуществляется наиболее неблагоприятная комбинация нормального и касательного напряжений. [c.82]

В работах Иоффе, Давиденкова, Фридмана и других авторов развивалась мысль о том, что существует два типа разрушения — разрушение вследствие среза — пластическое и вследствие отрыва — хрупкое. Схематически это можно показать на графике, приведенном на рис. 19.3.2. Если окружность Мора касается вертикальной прямой 1—1 и не пересекает горизонтальную прямую 2—2, разрушение происходит вследствие отрыва и критерий разрушения записывается следующим образом [c.659]

Важнейшим моментом в теории трещин является формулировка условия локального разрушения в рассматриваемой точке контура трещины. Это так же важно при решении вопроса о развитии трещины, как правильный выбор критерия наступления пластического состояния в элементе объема. [c.16]

Ориентационная зависимость роста трещин от соотношения главных напряжений характерна для тонких пластин. В них развитие трещины не может быть реализовано в полной мере на стадии нормального раскрытия берегов трещины вплоть до предельной величины вязкости разрушения для изучаемого материала. Наличие скосов от пластической деформации приводит к тому, что уже при небольшом размере трещины плоский излом составляет чуть больше половины толщины пластины. Очевидно, что для толщины менее 2 мм, когда ориентационная зависимость от главных напряжений роста трещины наиболее заметна, полное смыкание скосов от пластической деформации достигается при существенно меньших величинах КИН, чем циклическая вязкость разрушения материала, отвечающая окончанию второй стадии роста трещины по его полной кинетической диаграмме. Поэтому в критерии, учитывающем изменения в траектории трещины, следует вводить ограничения по величине Kg, когда еще правомерно говорить о нормальном раскрытии берегов трещины до момента полного смыкания скосов от пластической деформации. [c.311]

Выше отмечалось, что для перлитных и аустенитных сталей в критерии прочности типа (4.13) у4о=0,5, а для никелевых сплавов /4=0,9. Это говорит о том, что в обследованных партиях металла сталей эффект влияния внутренних напряжений и локальных пластических деформаций в микрообъемах металла в равной степени отражается на влиянии на разрушение при ползучести 71 и (Т,. Никелевые сплавы представляют более сложный объект. Например, в [75] показано, что легирующие элементы (алюминий и титан) влияют на степень концентрации напряжений на границе раздела фаз из-за различия параметров решетки твердого раствора и вторичной фазы. [c.156]

Оценка прочности основных деталей паровых турбин не ограничивается сопоставлением истинных напряжений с пределом ползучести. При малых величинах суммарной деформации за период испытаний последние не дают представления о предельной способности металла к пластической деформации при ползучести. Последнее обстоятельство очень важно, так как эта деформация для большинства сталей очень ограничена [54, 64, 105, 117]. Вследствие этой и других причин обязательно проводят испытания на длительный разрыв, когда образцы доводят до третьей фазы ползучести. За основной критерий длительной прочности данной стали или сплава, при данной (постоянной) температуре, принимают предел длительной прочности напряжение, вызывающее разрушение по истечении заданного срока. Для деталей паровых турбин, как правило, предел длительной прочности определяется для 100 ООО ч работы. [c.18]

Следовательно, критерий разрушения не учитывает влияние пластической деформации в энергетике процесса, а также второго слагаемого в выражении для вычисления работы деформации А = оДу + Доу. Очевидно, в связи с этим критерий Гриффитса дает завышенные значения разрушающих напряжений. Расчет напряжений, необходимых для появления в металле начальной трещины размером в несколько межатомных расстояний, дает очень большие значения, близкие к теоретической прочности (см. табл. 2.1). Именно поэтому при анализе работоспособности критериев разрушения и были высказаны предположения о том, что трещины в металле присутствуют всегда, а экспериментальные исследования были направлены на обнаружение этих трещин. [c.74]

Мы разработали новую теорию устойчивости пластической деформации металлов, основанную на классических представлениях об устойчивости систем, сформулировали критерии устойчивости, которые имеют достаточно простое математическое выражение. Эти критерии позволяют определить момент перехода металла к новому механизму деформации, например, к ротационной пластичности, предсказать момент разрушения металла, располагая информацией о начальной стадии кривой а(е). [c.265]

Возможности произвести оценку сталей высокой твердости с помощью этих характеристик различны. Основным критерием для применения сталей высокой твердости (более НКС55) является их вязкость. Как показывает опыт, для оценки вязкости твердого материала достаточно знать предел прочности при изгибе, условный предел текучести при изгибе и работу пластического разрушения. Во многих случаях для оценки вязкости используют лишь условный предел текучести при изгибе и работу пластического разрушения. Все же одних данных о работе пластического разрушения для оценки вязкости недостаточно, поскольку при равной работе изгиба пределы текучести могут быть различны. [c.66]

Для переменных напряжений при О/п =7 О, Ста О критерий прочности можно построить на базе диаграммы предельных амплитуд цикла следующим образом. В осях ООтОа (рис. 8.25) для каждого а откладывают в качестве предела выносливости значение Оа- При этом получают некоторую кривую DE, которая называется кривой предельных амплитуд. Если Оа = О, то разрушение происходит при Urn = Ов. Если о = О, ТО разрушбние происходит при Оа = 0-1, где а 1 — предел выносливости при симметричном цикле. Часть кривой предельных амплитуд, примыкающая к оси Оа , которой соответствует малое значение Стд, не может быть определена достоверно. Существует несколько приемов аппроксимации области безопасных сочетаний величин и Оа- Рационально, чтобы наибольшее напряжение в образце не превосходило предела текучести, при этом в нем не возникают большие пластические деформации, т. е. [c.175]

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]

Упругопластическоё распределение деформации в окрестности трещины является основой для определения деформационных критериев хрупкого разрушения. Ранее приведенное выражение для коэффициента интенсивности напряжений К=Оу Y2ж) позволяет приближенно определить протяженность пластической зоны (зоны текучести) Гт на продолжении трещины. Полагая в конце пластической зоны равенство местных напряжений Оу пределу текучести От, можно записать [c.30]

Результаты опытов на разрушение образцов конструкционных материалов обобщаются в виде силовых критериев разрушения [37, 70, 981, простейшими примерами которых могут служить условия постоянства максимального растягивающего напряжения при отрыве Огаах = сг == Оотр И постоянствз максимального касательного напряжения при разрушении срезом т ,ах = — ад = = 2тср, где Оа > Оз — главные напряжения и адр — константы материала. Известная диаграмма Н. Н. Давиденкова и Я- Б. Фридмана [981 (рис. 1.4) дает полезную, хотя чрезвычайно схематическую иллюстрацию зависимости того или другого типа разрушения от вида предельного напряженного состояния. Путь нагружения элемента изотропного материала наносится на плоскость Oi — Оа (а > 0), причем все точки горизонтальной оси отвечают состояниям = Oj = Oj > О, когда пластическое де- [c.11]

Самое важное в свете обсуждаемых в нашей работе проблем замечание касается вопроса о влиянин скорости движения трещины на распределение деформаций. Увеличение скорости трещины при фиксированном. малом расстоянии от вершины трещины до границы уиругопластической зоны приводит к значительному уменьшению уровня пластических деформаций. Следовательно, если в качестве критерия локального разрушения используется некоторый критерий, то отсюда вытекает, что сопротивление разрушению, или вязкость разрушения, с ростом [c.109]

Упруго-пластическое распределение напряже шй в окрестности трещины является основой деформационных критериев хрупкого разрушения. Ранее приведенное выражение для коэффициента интенсивности напряжений через координату точки сечения г= X — I, отсчитываемую от края трещины, К = о у Уйпг позволяет приближенно определить протяженность пластической зоны г . на продолжении трещины. Для напряженного состояния, характеризуемого коэффициентом интенсивности напряжений К, при Оу = сГт найдем для пластинки неограниченной ширины [c.231]

Приближенная постановка задач о локализованном пластическом течении формулируется в рамках линейной механики разрушения и подразумевает, что решение в упругой области определяется только главными членами асимптотического разложения упругого решения в окрестности вершины трегцины, решение в пластической зоне вообгце не анализируется, а граница локализованного пластического течения определяется на основании упругого поля напряжений и критерия текучести. Ясно, что поскольку здесь вообгце речь не идет ни о какой попытке упругопластического анализа, результаты, полученные таким образом, весьма далеки от реальности и не могут дать надежных оценок формы и размеров зоны текучести. Следует, поэтому, всегда помнить об ограниченной ирименимости результатов этого раздела. [c.198]

Здесь функции f и ф определяются из решения задачи о НДС вблизи трещины либо аналитическими [396] способами, либо МКЭ [292] Гс Гр. Условие Гс Гр идентично необходимому условию наличия пластического деформирования в критерии х упкого разрушения, предложенному Копельманом (см. раздел 2.1). [c.229]

Рассмотрение явления разрушения мегаллов как процесса, связанного с неравновесными фазовыми переходами, гюзволяет ввести обобщенные критерии разрушения, отражающие коллективные эффекты при пластической деформации и разрушении твердых тел при самоорганизации диссипативных структур. Из анализа разрушения о позиций синергетики следует, что устойчивость процессов деформации и разрушения твердых тел определяется диссипативными свойствами среды вб]щзи точек неустойчивости. Показателем этих свойств вблизи неравновесных фазовых переходов являются двух- и трехпараметрические критерии, учитывающие кооперативное взаимодействие пластической деформации и разрушения. В этой связи критерии фрактальной механики разрушения являются комплексами - двух- или трехпараметрическими. Отличие двухпараметрических критериев фрактальной механики разрушения от используемых в линейной механике заключается в том, что они включают только критерии, контролирующие неравновесные фазовые переходы и охра- [c.340]

Условие пластичности Мизеса (см. раздел 1,Б) основано на предположении, что гидростатические напряжения не влияют на переход материала в пластическое состояние. В связи с этим при формулировке критерия энергии формоизменения энергия, связанная с изменением объема (для изотропных материалов) исключается из общей энергии деформации. Все используемые критерии разрушения не учитывают влияния гидростатических напряжений на прочность материала. Влияние объемных деформаций в анизотропных материалах исследовано в работе Ву и Джерина [19]. На основании экспериментов по кручению трубок ими сделан вывод о незначительном влиянии объемных деформаций. [c.103]

Как следует из этого выражения, трещина распространяется в том случае, если энергия упругой деформации 8Е, возникающей. под действием приложенной нагрузки, превосходит сум(марную энергию образования новой поверхности 5а и энергию, затрачиваемую на пластическую деформацию материала 8 №. Энергия деформации накапливается в области, расположеяяой радиально вокруг вершины трещины (рис. 5). Ирвин [40] показал, что величину 8Е можно определить Э1Копериментально и вычислить скорость высвобождения энергии упругой деформации О, которая является основным критерием устойчивости материала к разрушению. [c.98]

Растрескивание по поверхностям раздела носит преимущественно энергетический характер с высокой граничной энергией, так как работа разрушения представляет собой разницу между суммой поверхностных энергий частицы и матрицы и энергией поверхности раздела частица — матрица. Критерий в напряжениях для зарождения трещины разработан в [4, 84] на основе предположения, что нарушение связи будет происходить в том случае, когда локальные напряжения превысят прочность границы между матрицей и частицей. В работе [84] проанализирована задача о внутреннем шейкообразовании между частицами и показано, что нарушение связи не произойдет, если прочность границы раздела будет превышать величину максимальной компоненты растягивающего напряжения при пластическом течении а , т. е. когда [c.71]

Когда обе фазы пластичные, кривая напряжение — деформация имеет участки, где обе фазы находятся в упругом состоянии, одна из фаз — в упругом, а другая — в пластическом состоянии и, наконец, где обе фазы перешли в пластическое состояние. Такое разрушение можно описать по аналогии с разрушением пластических металлов, где исчерпание способности к упрочнению определяет момент пластической неустойчивости. Предельное растягивающее напряжение композита определяется по критерию <1Рс1<1г = О, где Рс — нагрузка, приложенная к композиту. Используя правило смесей , получим [c.441]

Проблема термоцпклической прочности является комплексной проблемой, включающей в себя три основных вопроса. Первый вопрос заключается в разработке уравнений состояния, способных с удовлетворяющей инженерную практику точностью описать кинетику напряженно-деформированного состояния, процессы пластичности и ползучести при переменных нагрузках и температурах. Уравнения состояния должны включать параметры, характеризующие процесс накопления повреждений и разрушения материала. Второй вопрос заключается в выборе физически обоснованной меры повреждаемости материала, характеризующей кинетику разрушения материала на различных стадиях процесса деформирования, и разработке соответствующих кинетических уравнений, устанавливающих связь между указанной мерой и параметрами процесса. Третьим вопросом является формулировка соответствующих гипотез, связывающих кинетику процесса деформирования и накопления повреждений с типом разрушения, и критериев разрушения, связывающих параметры напряженно-деформированного состояния и меры повреждаемости для критических состояний материала. При решении указанных трех проблем должна учитываться существенная нестационарность нагрун<ения н нагрева Б условиях малоциклового термоусталостного разрушения, а формулировка соответствующих уравнений и критериев должна опираться на современные представления физики твердого тела о микро- и субмикроскопическом механизмах пластических деформаций и накопления повреждений в материале [42—64 . [c.141]

Такой подход определяет возможность построения физической модели нормального трения и износа для выбора общих критериев оценки износостойкости и антифрикционности и разработки методов управления процессами трения и износа. В основу этой модели положены представления о едином дислокационно-вакан-сионном механизме схватывания и окисления. Модель может быть представлена четырьмя этапами I — пластическая деформация (текстурирование), II — структурная и термическая активация металла, III — образование вторичных структур, JV — разрушение вторичных структур. [c.36]

Во многих практических приложениях размеры пластической зоны у вершины трещины становятся настолько большими, что предположение о малости эффекта текучести уже несправедливо и линейной теорией упругости пользоваться нельзя. В тонкостенных элементах современных кораблей, мостов, сосудов высокого давления, строительных и машиностроительных конструкций используется большое количество сталей с малыми и средними по величине пределами прочности, так что условия плоского деформированного состояния в вершинах трещин, как правило, не выполняются. Применять в таких случаях методы механики линейноупругого разрушения и использовать в критериях прочности величину К]с уже нельзя. Попытки распространить идеи механики разрушения на случай упругопластического деформирования привели к созданию некоторых подающих надежды методов (см., например, [19, гл. 4],) среди которых (1) методы перемещения раскрытия трещины ( OD), (2) методы / -кривых и (3) методы J-интеграла. Хотя подробное изложение этих методов не входит в задачи данной книги, краткое описание основных положений может оказаться полезным. [c.78]

На основе развиваемых выше представлений о разрушении металлических материалов при циклическом нагружении как о предельно накопленном повреждении в результате работы микронапряжений на пути пластической [11—13] и упругой деформации был получен критерий разрушения типа (4.53) для симметричного цикла нагружения, в котором первый член определяет величину усталостного повреждения второй — величину квазистатиче-ского повреждения обусловленного односторонним накоплением остаточной деформации в процессе нагружения, третий член определяет повреждение т з, обусловленное работой микронапряжений на пути упругой деформации (при разгрузке). [c.162]

Как следует из рис. 6.24—6.26, при высокотемпературном (650° С) малоцикловом и длительном статическом нагружении стали Х18Н10Т для описания скорости развития трещины во временном или поцикловом выражении в силу малости зон пластической деформации могут быть использованы методы и критерии линейной механики разрушения, и в частности известный критерий Париса (1.79), а также критерий нелинейной механики разрушения (1.86), основанный на представлениях о коэффициенте интенсивности деформации (рис. 6.25 и 6.26). [c.250]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...