Модель зарождения макроскопических трещин

МОДЕЛЬ ЗАРОЖДЕНИЯ МАКРОСКОПИЧЕСКИХ ТРЕЩИН [c.109]

Хотя в основе объединенной модели лежит одна и та же схематизация структуры материала и одни и те же уравнения, механизмы отдельных стадий и их завершения имеют качественные различия, как с физической, так и с математической точки зрения. Так, разрушение по типам 2 и 5 носит хрупкий характер. Ответственность за эти виды разрушения несут слабейшие и (или) наиболее напряженные элементы структуры. К явлениям хрупкого типа следует отнести также зарождение макроскопической трещины 5. В самом деле, зародыш возникает в точке образца, в которой имеется случайное скопление разрушенных элементов. Таким образом, и здесь применима концепция слабейшего звена. Однако она использована в моди- [c.137]

Повреждения и разрушения как результат развития усталостных трещин относятся к основным формам отказов в машиностроительных конструкциях. В некоторых случаях сам факт зарождения макроскопической (например, наблюдаемой визуально) трещины уже рассматривают как отказ. Математические модели этих типов отказов обычно строят на основе феноменологических теорий накопления повреждений. Это может быть, например, гипотеза линейного суммирования повреждений или одна из моделей микромеханики разрушения. [c.55]

Кроме того, следует отметить, что полученные данные могут служить основой для построения новых физических моделей процесса хрупкого разрушения, основанных не на традиционных схемах концентрации напряжений из-за различного рода неоднородностей дислокационной структуры, а за счет различного рода локальных неоднородностей распределения ансамбля кластеров из точечных дефектов различной мошности и природы [368, 691]. Таким образом, при определенных температурно-силовых и временных условиях стадия зарождения первичного очага концентрации напряжений и первичной трещины, а также последующая стадия развития хрупкой трещины должны рассматриваться с позиций изложенной выше модели диффузионно-дислокационной микропластичности. При этом теория должна рассматривать диффузионную стадию зарождения ансамбля кластеров различной мощности (т.е. с различным уровнем концентрации напряжений вблизи единичных кластеров), их рост и эволюцию в процессе вьщержки под нагрузкой (взаимодействие между собой, перераспределен е в размерах и др.). Т.е. взаимодействие между собой локальных источников перенапряжений от единичных кластеров в микрообъемах формирует общее макроскопическое поле внутренних напряжений в кристалле, ответственное за деформационное упрочнение кристалла, а также создает некоторую критическую ситуацию по пиковым напряжениям, превышающим в некоторой точке ансамбля прочность кристалла на разрыв [368, 691]. [c.259]

Общепринятая модель трещины в механике разрушения — математический разрез в теле из неповрежденного материала. Трещину считают заданной, а ее размер достаточно большим по сравнению с максимальным размером структуры материала — размером зерна, кристаллита, волокна и т. п. Такие трещины называют макроскопическими (в отличие от микроскопических трещин, размер которых имеет порядок характерного размера структуры материала или менее). Задача состоит в том, чтобы найти закономерности роста трещины при различных свойствах материала и различных процессах нагружения, а также установить условия, при которых этот рост устойчив, т. е. малые приращения нагрузок или малые изменения размеров трещин не приводят к ее интенсивному росту. В действительности физический процесс разрушения состоит из двух стадий. Первая стадия — накопление рассеянных повреждений — может составлять значительную часть общего ресурса (по различным данным от 50 до 90 %). Если в детали или элементе не было начальных технологических трещин, то зарождение первой макроскопической тре- [c.15]

Первая попытка совместного рассмотрения инкубациоиной стадии и процесса развития макроскопических трещин была предпринята, по-видимому, автором (1959 г.), который предложил двухстадийную модель усталостного разрушения. Эта модель основана на введении двух мер повреждения, одна из которых характеризует разрыхление (степень подготовки материала к образованию усталостной трещины), вторая —размер магистральной усталостной трещины. Этот подход был предложен для объяснения и описания отклонений от линейного закона суммирования повреждений при изменении порядка приложения нагрузок различной интенсивности. В статьях [7, 14 ] концепция двух стадий разрушения получила дальнейшее развитие и доведена до соотношений, позволяющих прогнозировать показатели долговечности в условиях длительного и циклического нагружения. Основой для объединенной теории послужила модель зарождения макроскопических трещин, которая позволяет сформулировать начальные условия для второй стадии разрушения. Вторая стадия состоит в развитии макроскопической трещины либо до критического размера при котором трещина становится неустойчивой, -либо до предельно допустимого значения, после достижения которого данный элемент конструкции или деталь машины условно рассматриваются как разрушенные. Общее соотношение для размера I (длины краевой трещины, полудлины центральной трещины, радиуса дисковой трещины и т. п.) имеет вид [c.115]

Структурные модели важны также для обоснованного подхода к объединенному описанию процессов повреждения и разрушения. В суш,ности все эти процессы связаны с явлениями, происходяш,ими в одних и тех же элементах структуры. Например, накопление усталостных повреждений происходит в отдельных зернах и на отдельных участках межзеренных границ. Зарождение макроскопической усталостной треш,ины есть результат слияния повреждений в местах случайного скопления наиболее дефектных или наиболее напряженных элементов структуры. Рост макроскопической усталостной трещины есть процесс продвижения фронта разрушения через совокупность зерен и межзеренных границ, попадаюш,их на фронт треш,ины. Все эти явления можно описать с помош,ью одной структурной модели. Есть еш,е одно преимуш,ество объединенных структурных моделей они указывают способы перенесения опытных данных, полученных для одного из классов нагружения и поведения материала, на другие классы, а также позволяют объединять опытные данные, отно-сяш,иеся к различным классам. В целом разработка структурных моделей повреждения и разрушения — одно из наиболее актуальных направлений механики материалов. Этим моделям, несомненно, принадлежит будущее. [c.121]

Слабым местом аргументации Орована является отсутствие различия между локальной и общей текучестью в образце с надрезом. Поэтому модель недостаточно гибка и не учитывает возможного зарождения трещины скола на полосах скольжения или двойниках даже в макроскопически хрупком образце. Однако она подчеркивает важность влияния растягивающих напряжений на развитие хрупкого разрушения. Эта точка зрения была подтверждена экспериментами Гендриксона, Вуда и Кларка [6], но зачастую игнорируется современными дислокационными теориями разрушения, предсказывающими, что общее поведение образца определяется локализацией напряжений в вершине дислокационных скоплений. Дислокационная модель разрушения сколом Коттрелла [7] учи- [c.170]

На основании приведенных соображений, Мотт и Стро [209—213] предположили, что в районе головы скопления, там, где наиболее высок уровень концентрации растягивающих напряжений, может возникнуть трещина (рис. 90, б) если при этом все п дислокаций скопления вольются в раскрывшуюся трещину, то ее длина составит с га Сг6 8я(1 — [х)0. гПодставляя в это выражение значение п — [x)st/G6 для максимального числа дислокаций, способных накопиться на интервале S, получаем сгь [я(1 —[х)/8]-(T sVGa), т. е. тот же результат, что и в случае приведенного нами выше упрощенного макроскопического подхода к решению задачи о незавершенном сдвиге. Модель Мотта — Стро далеко не исчерпывает, очевидно, всех возможных механизмов зарождения трещин в частности, она не может быть, по-видимому, непосредственно приложена к монокристаллам, поскольку рассматривает торможение дислокаций единственным прочным препятствием (в поликристалле таким препятствием может служить граница зерна). Тем не менее эта модель позволяет понять главные черты процесса — роль микронеоднородностей пластической деформации и связанных с ними концентраций напряжения. [c.176]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...