Рост усталостных трещин (теория)

В книге излагаются основные идеи и методы механики хрупкого разрушения, а также некоторые наиболее важные практические вопросы их приложений. В частности, изложены следующие вопросы теория Гриффитса — Ирвина, теория роста усталостных трещин, теория водородного охрупчивания, коррозия под напряжением, теория действия взрыва, адсорбционный эффект, теория огневого бурения, оптическое разрущение, масштабный эффект и т. д. [c.2]

РОСТ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН (ТЕОРИЯ) 323 [c.323]

S 3J РОСТ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН (ТЕОРИЯ) 329 [c.329]

Ниже излагается количественная теория роста усталостных трещин с учетом эффектов локального старения материала [c.52]

Волков В. М- К теории роста усталостных трещин при развитом пластическом течении материала.— В кн. Прикладные проблемы прочности и пластичности. Горький Изд-во ГГУ, 1977, вып. 6. [c.167]

Один из вариантов теории роста усталостных трещин был разработан Г. П. Черепановым [71 ]. В простейшем случае из этой теории вытекает следующее уравнение, хорошо соответствующее опытным данным при надлежащем подборе параметров [c.18]

В данном параграфе на основе теории роста усталостных трещин [1] определяется оптимальная толщина однородной пластины, работающей при заданной циклической нагрузке (нагрузка может быть напряжением или усилием). В некоторый момент времени пластина может подвергнуться заданному однократному усилию-перегрузке. Для выбора оптимальной толщины пластины используется критерий максимального времени роста в ней усталостной трещины. [c.217]

Согласно теории роста усталостных трещин, из всех моментов времени, когда перегрузка может произойти, наибольший рост трещины перегрузка вызовет в завершающий момент разрушения. Поэтому естественно считать, что величина 1с определяется однократной аварийной перегрузкой, а усталостный рост трещины происходит под действием лишь циклической нагрузки. При этом за счет смещения однократной перегрузки в конец процесса нагружения получается оценка долговечности пластины снизу. [c.217]

В этой главе излагается теория роста усталостных трещин [60, 127-129] приводится сравнение ее с экспериментальными данными и рассматриваются различные конкретные задачи. Всюду предполагается выполняющимся условие тонкой структуры. [c.307]

В заключение отметим, что наиболее сложна и не изучена область низких напряжений, в которой влияние внешней среды может привести к значительному ускорению роста усталостных трещин по сравнению с теорией. Так, для некоторых высокопрочных сталей показатель п в соотношении d//di / max оказался в этой области существенно меньше полученного выше теоретического значения, равного 4 (наблюдались значения п до 1,4). Однако анализ этих опытов показывает, что влияние внешней среды в них не учитывалось, хотя высокопрочные стали обычно весьма чувствительны к атмосферной влаге. Поэтому исследование роста усталостных трещин обязательно должно сопровождаться определением частотных характеристик и регистрацией параметров среды, в частности, влажности. Кроме того, в условиях испытаний с малыми напряжениями возрастает роль неучитываемых внешних вибраций ( внешний фон ). [c.363]

Весовые устройства в большинстве случаев являются восстанавливаемыми объектами, так как их работоспособность в случае отказа подлежит восстановлению. Элементы, из которых состоят весовые устройства, могут быть восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми. Невосстанавливаемыми называют объекты, работоспособность которых в случае отказа или повреждения не подлежит восстановлению. Следует отметить, что отнесение объектов к восстанавливаемым или невосстанавливаемым определяется еще и условиями эксплуатации. Поэтому имеют место случаи, когда весовое оборудование и отдельные его узлы в зависимости от назначения и условий работы могут быть отнесены к невосстанавливаемым. Основным понятием теории надежности является событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта и называемое отказом. Для весового оборудования характерны два вида отказов — внезапный отказ, заключающийся в поломке одного из элементов весоизмерительной системы и характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров, и параметрический отказ, приводящий к постепенному уходу метрологических характеристик за пределы установленных норм. Отказы первого типа возникают в результате внезапного изменения условий эксплуатации весоизмерительной системы, воздействия внешних условий, быстрого роста усталостных трещин в опорных элементах, короткого замыкания в цепях электрооборудования и т.д. Отказы второго типа возникают в результате разрегулировки электронных схем, вызванной старением их элементов, процесса изнашивания трущихся частей весов, пластических деформаций грузо приемных элементов и Т.Д. [c.266]

Метод внутреннего трення, являясь наиболее чувствительным из всех методов изучения микродеформации и других неупругих эффектов, используется для физических исследований твердых тел, оценки их качества и прогнозирования поведения материалов при циклическом нагружении. Внутреннее трение может быть характеристикой повреждаемости изделий при испытаниях без разрушения, что очень важно для практики и теории усталостных испытаний. Момент зарождения усталостной трещины и ее рост связаны с интенсивным увеличением декремента затухания. [c.164]

Теория роста усталостных поперечных трещин в композитах строится на основе тех же представлений, что бьши здесь развиты. Поэтому изложим ее кратко. [c.105]

Возможен другой путь обобщения теории суммирования усталостных повреждений [4 ], [9 ]. Он основан на введении двух характеристик повреждения Gut) вместо одной характеристики D. В некоторой степени такой способ описания соответствует распространенному разделению процесса усталостного повреждения на две стадии — подготовительную и стадию развития усталостной трещины. Обе характеристики G и D равны нулю для начального состояния характеристика О мера разрыхления) становится равной единице, когда подготовительная стадия закончена. После этого начинается рост характеристики D меры развития усталостной трещины), которая становится равной единице в момент полного разрушения. Эта схема проиллюстрирована на фиг. 15. [c.41]

Данный случай был улан ен в суде выплатой нескольких тысяч долларов пострадавшим. Не входя в юридические аспекты дела, отмечу, что здесь налицо был грубый дефект изготовления, приведший к скором аварии (мотоцикл прошел в нормальных условиях не более 4000 км). Если бы причина усталостного разрушения была пе столь очевидна (специалисту ), то потребовался бы более тщательный расчет по теориям усталостного роста трещины и сравнение расчетной долговечности и сроков эксплуатации до плановой проверки и ремонта. [c.212]

Согласно одним теориям предполагается, что усталостные микротрещины возникают в местах высокой концентрации растягивающих напряжений, вызванной торможением свободно перемещающихся дислокаций у препятствий. Согласно другим теориям микротрещина возникает в результате пересечения двух плоскостей скольжения, приводящего к активному генерированию дислокаций и высокой концентрации напряжений. Согласно некоторым теориям она возникает внутри плоскости скольжения вследствие скопления дислокаций у препятствий у границ зерен [78]. С ростом внешнего нагружения создаются благоприятные условия для образования колоний слабых зерен и объединения микротрещин в одну или несколько прогрессивно развивающихся трещин. Впоследствии трещины сливаются в магистральную макротрещину или одна из трещин опережает в своем росте остальные и превращается в магистральную, по достиже- [c.7]

Черепанов Г. П., Халманоь X. Г. К теории роста усталостной трещины Докл. на Всесоюз. рабочем снмпоз. по вопр. малоцикловой усталости.— Каунас, [c.244]

При помощи щаграммы dljdT — Г можно вычислить приращение длины (радиуса и т. п.) трещины для любого циклического, случайного или программированного пути нагружения. Таким образом, эта диаграмма лежит в основе теории роста усталостных трещин, если в этом процессе влияние частоты нагружения пренебрежимо мало. [c.15]

Черепанов Г. П., Халманов X., К теории роста усталостных трещин, Труды Всесоюзного рабочего симпозиума по вопросам малоцикловой усталости, Каунас, 1971. [c.631]

Имеющиеся в литературе данные о влиянии напряжений разной амплитуды на долговечность и скорость роста усталостной трещины разноречивы [341—343]. Однако большинство исследователей, придавая большое знач№ие прохождению пластической деформации в устье развивающейся трещины, показывают, что такое взаимодействие циклов разной амплитуды приводит к замедлению скорости роста трещины, что влечет за собой увеличение долговечности по сравнению с долговечностью, предсказываемой теорией линейного накопления повреждения (теорией Мейнера). Одна из простейших программ представляет периодическую смену (рис. 74) низкой и высокой амплитуды растягивающего напряжения [342]. В точке А (рис. 74, а) скорость трещины мгновенно без задержки увеличивалась до значения, соответствующего скорости распространения трещины данной длины при высокой амплитуде. Это иллюстрирует подобие кривых на рис. 74, , для эксперимента по рассмотренной программе (штриховая [c.227]

Более простые соотношения, учитывающие локальный характер разрушения в вершине трещины, были введены П. Парисом (Р. С. Paris). Особенностью соотношений явилось включение в них коэффициента интенсивности напряжений как меры всякого явления в вершине трещины, включая и скорость ее распространения. П. Парис, по существу, объединил теорию роста трещин при усталости с механикой разрушения. При этом им было сделано допущение, что нагружение по синусоидальному закону приводит к синусоидальному изменению поля напряжений у вершины трещины. Откуда следует, что скорость роста усталостной трещины в данном материале должна зависеть от размаха коэффициента интенсивности напряжений ДК = Кщах Kmin- Тогда закон распространения усталостной трещины в общем в виде можно описать как [c.22]

Макивили и Илг [52] исследовали скорость распространения трещин усталости на алюминиевых сплавах. По их теории эффективное напряжение, определяющее скорость роста трещины, выражается в виде кыОм, где кц — эффективный коэффициент концентрации напряжений для трещины — амплитуда номинального напряжения нетто. Макивили и Илг вывели следующее уравнение роста усталостных трещин, которое хорошо согласуется с их экспериментальными результатами [c.81]

В настоящее время одной их основных проблем механики является создание теории зарождения и роста усталбстных трещин. Инженерные методы оценки усталостной прочности, основанные на стандартных испытаниях и простейших (феноменологических) моделях накопления усталостных повреждений уже не удовлетворяют потребности передо- [c.57]

Большая эффективность периодической растягивающей перегрузки для алюминиевых деталей с концентраторами напряжений согласуется с гипотезой, что полезные остаточные напряжения имеют тенденцию рассасываться в процессе усталостных испытаний и нуждаются в периодическом восстановлении. Очевидно, что мельчайшие трещины формируются на ранних стадиях усталостного испытания приложение значительной нагрузки будет способствовать возникновению остаточных сжимающих напряжений в районе края трещины, ограничивающих рост последней при последующем усталостном нагружении. Основанием для подобной теории послужили результаты испытаний, проведенных Хэйвудом и Норрисом [829]. Изучалось распространение трещин в пластинке из алюминиевого сплава (ширина 915 мм) и оказалось, что рост очень маленьких трещин был замедлен периодической перегрузкой, но задержки роста длинных трещин не наблюдалось. [c.424]

Механизм распространения усталостной трещины зависит от разнообразных и сложных факторов и является сложным взаимодействием таких процессов, как циклическое скольжение и накопление очагов повреждения впфеди распространяющейся трещины. Большинство предложенных теорий роста трещин удовлетворяет лишь ограниченному интервалу длины трещины и скорости ее роста. Поэтому скорость распространения усталостной трещины не может быть просто описана любь(м из существующих законов во всем диапазоне циклических напряжений. При этом дополнительные трудности возникают из-за влияния приложенного напряжения, температуры, окружающей среды, а также размеров и формы деталей и конструкций, Однако в довольно широких предепах изменения условий нагружения и геометрии трещины экспериментальные данные по наблюдению за распространением усталостной трещины могут быть описаны с использованием размаха коэффициента интенсивности напряжений. Размах коэффициента интенсивности напряжений является достаточно удобной базой для проведения различных исследований, обобщения и анализа эксп зиментальных данных, получаемых исследователями на образцах различной формы и с разнообразными по длине и геометрии трещинами. [c.162]

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]

При написании главы автор попытался акцентировать внимание на линейной упругой механике разрушения и ограничениях при оценке с ее помощью предельных напряжений слоистых композитов с концентраторами напряжений. С этой целью приведен обзор модифицированной механики разрушения Гриффитса — Ирвина для изотропных и анизотропных материалов. Коротко изложено применение механики разрушения для предсказания роста трещины при усталостном нагружении. Перечислены условия, при которых схема армирования и особенности поведения композита вступают в противоречие с основными предпосылками указанной теории разрушения. Таким образом, показана необходимость смягчения некоторых теоретических ограничений, без которого методы механики разрушения нельзя применить для расчета предельных напряжений слоистых композитов с трещиной. Мик-ромеханический подход, использующий линейную упругую механику разрушения для оценки влияния параметрических [c.244]

Ответ на первый вопрос можно дать при помощи специальных пробных испытаний (при этом можно определить местоположение наиболее опасного трещивовидного дефекта) и, методов неразрушающей дефектоскопии (при этом можно определить форму и размеры т щино-видного дефекта). Второй вопрос решается на основе методов классической теории упругости, непосредственно при помощи Г-интеграла Черепанова-Райса, а также численными методами с использованием Г-инТеграла Черепанова-Райса. Б последнем случае для определения долговечности, например, по формуле (3.10), необходимо применять методы аппроксимации полученных значений К , соответствующих разным значениям безразмерной длины трещины. Из кинетической диаграммы усталостного разрушения i определяются константы материала, фигурирующие в теории роста ус талостных трещин нормального разрыва (см. 3.2). [c.61]

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]

Однако, конечно, применение автоматической записи роста трещины для повторного нагружения также весьма желательно, так как это уменьшит субъективность результатов и облегчит наблюдение. Диаграммы разрушения при повторном нагружении являются еще более условными, чем при однократном, так как они зависят, кроме геометрии образца, еще и от уровня напряжения цикла, частоты нагружения и коэффициента асимметрии цикла. Однако повторное нагружение является весьма распространенным, а усталостное и повторно-статическое разрушение является наиболее частым видом разрушения деталей машин и механизмов. Поэтому получение хотя бы сравнительных характеристик разрушения материалов при условиях, близких к экс-плуатационны.м, является весьма важным. На рис. 4.16 приведены диаграммы разрушения алюминиевых сплавов при повторном нагружении максимальным напряжением цикла 10 и 17 кгс/мм , т. е. 0,3 и 0,5 от прочности образца с трещиной. Как показано на диаграмме, перегрузочные режимы повторно-статического нагружения при атах 0,5охр дают диаграммы разрушения, располагающие материалы в ряд, близкий к тому, в который располагаются эти же материалы по диаграммам разрушения при однократном кратковременном испытании (см. рис. 4.13). Для построения физически обоснованной теории разрушения весьма желательно сопровождать изучение кинетики разрушения фрактографическим исследованием с помощью оптического и электронного микроскопов (см. гл. 11). Для записи роста (и возникновения) трещины необходимо применять авто- [c.199]

При циклическом нагружении поликристаллических образцов происходит развитие имеющихся и возникновение новых микротрещин (т.е. трещин, размеры которых сравнимы с размерами зерен-монокристаллов). После появления макротрещины (т.е. трещины длиной порядка десяти средних размеров зерна) дальнейший процесс усталостного разрушения удовлетворительно описывается известными теориями. Однако разброс по времени существования образцов определяется именно начальной стадией разрушения, когда отсутствуют макротрещины и поликристалл (на макроуровне) можно считать сплошным. Оказьшается, что скорость роста микротрещин не следует стандартным эмпирическим формулам макротрещин. Значительное влияние на нее оказьюают размер, ориентация и форма отдельных зерен. [c.165]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...