Зарождение 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]

Из формул (4.46)—(4.50) следует, что уровень повреждений, определяющий момент зарождений макроскопической трещины, весьма чувствителен к размерам образца. Например, если N = 10 , [c.141]

Момент зарождения макроскопической трещины при испытании на усталость плоских образцов с центральным отверстием (см. рис. 86) с некоторым приближением отождествляли с разрывом первой нити тензорезистора гребенчатого типа. [c.257]

Из всех представленных данных очевидно, что с уменьшением приложенного максимального циклического напряжения а длительность зарождения макроскопической трещины существенно увеличивается, тогда как относительная долговечность образца с трещиной уменьшается. Чем ближе действующее напряжение к пределу выносливости данной стали, тем все большую долю от общей долговечности составляет период зарождения трещины до макроскопических размеров. [c.258]

Основными недостатками полученных результатов являются, во-первых, отсутствие информации о кинетике накопления усталостного повреждения в металлах на стадии зарождения усталостной трещины, что исключает возможность прогнозировать момент возникновения макроскопической усталостной трещины с учетом структурных особенностей сплавов и влияния на процесс накопления повреждения эксплуатационных и других факторов во-вторых, отсутствие четкого разграничения стадий возникновения и развития усталостных трещин, особенно в тех случаях, когда стадия развития усталостных трещин составляет значительную часть общей долговечности в-третьих, недостаточное внимание к исследованию критериев окончательного разрушения образцов и конструктивных элементов с усталостной трещиной при циклическом нагружении. [c.3]

Необходимо отметить, однако, что такая схема коррозионно-усталостного разрушения характерна для углеродистых и низколегированных сталей в воде, водных растворах солей и слабых кислот. При коррозионной усталости высоколегированных сталей и титановых сплавов в растворах хлорида натрия также имеет место зарождение нескольких трещин, но расстояние между ними гораздо больше, чем у углеродистых сталей продольных коррозионно-усталостных трещин практически не возникает, поэтому макроскопически усталостные изломы этих металлов в воздухе и коррозионной среде мало различаются. [c.82]

Живучесть, Важной характеристикой конструктивной прочности, характеризующей надежность материала, является живучесть при циклическом нагружении. Под живучестью понимают долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5—1,0 мм до окончательного разрушения. [c.104]

Первую группу образуют предельные состояния, наступившие в результате постепенного накопления в материале рассеянных повреждений, приводящих к зарождению и развитию макроскопических трещин. Часто зародыши и очаги таких трещин, вызванные несовершенством технологических процессов, содержатся в объекте до начала его функционирования. Причиной выхода объекта из строя является развитие трещин до опасных или нежелательных размеров, что может привести к аварийной ситуации. Вторая группа состоит из предельных состояний, связанных с чрезмерным износом трущихся деталей и поверхностей, находящихся в контакте с рабочей или окружающей средой. Предельные состояния первой группы типичны для несущих элементов, работающих при высоких уровнях общей нагруженности. Случаи, когда несущие элементы испытывают интенсивное изнашивание, сравнительно редки. [c.39]

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]

В главе VII будет показано, что величина оц (щах) играет главную роль в зарождении хрупкой трещины перед концентратором напряжений. Для данного предела текучести оц (max) определяется значением Q, которое, в свою очередь, является функцией величины пластической деформации образца. Взаимосвязь процессов локального разрушения [связанных с Оц (max) ] и макроскопической пластичности является функцией изменения Q с увеличением приложенной нагрузки. Детальный обсчет кривых типа представленного на рис. 24, б является поэтому важным шагом в установлении этой взаимосвязи. [c.45]

А) Продолжительность работы детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5. .. 1,0 мм до разрушения. [c.55]

А) Напряжение, вызывающее разрушение при определенной температуре за данный отрезок времени. В) Свойство материала сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность детали в течение заданного времени. С) Долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости до разрушения. D) Напряжение, вызывающее заданную скорость деформации при данной температуре. [c.56]

D) Неверно. Под живучестью понимают долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5. .. 1,0 мм до окончательного разрушения. [c.61]

Если исключить из рассмотрения выходы из строя машин и конструкций вследствие резких нерасчетных перегрузок, природных воздействий, не поддающихся контролю, грубых ошибок при проектировании или эксплуатации или неблагоприятного сочетания перечисленных факторов, то остальные случаи наступления предельных состояний можно отнести преимущественно к одной из двух больших групп. Первую группу образуют предельные состояния, наступившие в результате постепенного накопления в материале рассеянных повреждений, приводящих к зарождению и развитию макроскопических трещин. Часто зародыши и очаги таких трещин, вызванные несовершенством технологических процессов, содержатся в объекте до начала его функционирования. Причиной выхода объекта из строя является развитие трещин до опасных или нежелательных размеров. Если трещина не обнаружена своевременно, ее развитие может привести к аварийной ситуации. Вторая группа состоит из предельных состояний, связанных с чрезмерным износом трущихся деталей и поверхностей, находящихся в контакте с рабочей или окружающей средой. Предельные состояния первой группы типичны для несущих элементов, работающих при высоких уровнях общей нагруженности. Случаи, когда несущие элементы испытывают интенсивное изнашивание, сравнительно редки. Рассмотрим более детально первую группу предельных состояний. [c.13]

До сих пор различные стадии процесса разрушения мы рассматривали раздельно. Инкубационная стадия накопления рассеянных повреждений может составлять значительную часть общего ресурса, предшествуя стадии развития магистральной макроскопической трещины. Если в конструктивном элементе не было врожденных макроскопических трещин, то зарождение первой макроскопической трещины есть результат накопления рассеянных повреждений. Процесс накопления повреждений продолжается и после того, как начался рост трещины, причем эти процессы взаимодействуют между собой. [c.109]

В дальнейшем рассмотрим процесс замедленного или многоциклового усталостного разрушения образца под действием растягивающих напряжений с номинальным значением s. Это значение считаем одинаковым во всем объеме образца. Концентрацию напряжений на фронте макроскопической трещины учитываем отдельно, а размер трещины для упрощения считаем малым по сравнению с поперечным размером образца. Свойства материала в объеме образца также считаем одинаковыми, полагая, что все структурные элементы принадлежат одной генеральной совокупности. Под макроскопической трещиной понимаем агрегат из конечного числа соседних разрушенных элементов. Вопрос о том, начиная с какого числа агрегат можно рассматривать как зародыш макроскопической трещины, нельзя решить однозначно. Если под действием заданных нагрузок число разрушенных элементов продолжает увеличиваться, агрегат разрушенных структурных элементов можно рассматривать как зародыш трещины. Наблюдения за зарождением усталостных трещин в поликристаллах показывают, что уже при = 4. .. 6 трещины начинают расти. Если структурные элементы в поперечном сечении образца имеют гексагональную упаковку, то естественным значением является = 7. [c.136]

Показатель р в формуле (4.48) имеет тот же смысл и принимает то же значение, что и в предыдущем анализе. Здесь он, однако, входит с множителем п , равным числу элементов в зародыше макроскопической трещины. Показатели аир связаны соотношением а/р = т. Таким образом, показатель Вейбулла в распределении времени до образования зародыша трещины в раз больше, чем аналогичный показатель в распределении времени до хрупкого разрушения. Поэтому показатель базовых зависимостей для времени до зарождения трещины в раз меньше, чем соответствующий показатель для структурных элементов, а также для образцов при хрупком разрушении. Если бы можно было провести опыты на хрупкое разрушение образцов и на образование в них устойчивых макро-140 [c.140]

Перейдем к вопросу о зарождении и распространении поперечных макроскопических трещин. Общая формула (4.47) с учетом (4.85) принимает вид [c.155]

Усталостное разрушение, как правило, происходит путем распространения трещин. При этом наличие во многих деталях и узлах конструкций различного рода микродефектов (микротрещины, полости, инородные включения и т. п.) ускоряет появление усталостных трещин на разных стадиях эксплуатации. Поэтому большое значение имеет проблема оценки живучести конструкции (долговечности конструкции от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5—1 мм до окончательного разрушения), при которой выявляются факторы, наиболее сильно влияющие на ее сопротивление развитию усталостных трещин [35]. Определение живучести позволяет разрабатывать эффективные методы повышения надежности и долговечности, назначать обоснованные сроки между профилактическими осмотрами, в частности связанными с разборкой машин. Кроме того, при использовании экспериментальных методов оценки циклической трещиностойкости и выявления закономерностей распространения усталостных трещин возможна разработка критериев выбора материалов и конструктивно технологических вариантов, обеспечивающих наибольшую надежность и долговечность при наименьшей металлоемкости [35]. [c.42]

В рассматриваемой задаче не существует какой-либо обнаруживаемой макроскопической трещины. Разрушение возникает где-нибудь в напряженной области в результате слияния беспорядочно ориентированных трещин Гриффитса, образованных, например, границами зерен и т. д. Чтобы определить неизвестное положение области, где зарождается разрушение, а также рост зоны микроповреждений, требуется исследовать поле напряжений, для чего наиболее удобным оказывается расчет поля напряжений методом интегральных уравнений. Теория, описывающая зарождение разрушения и рост области повреждений, дана в работах (10, 11]. [c.153]

В поликристаллических металлах различная ориентация отдельных зерен обусловливает неодинаковое их сопротивление приложенной нагрузке. Даже в тех случаях, когда эта нагрузка создает в металле средние макроскопические напряжения намного меньше предела текучести, отдельные микроучастки зерен, наименее благоприятно ориентированные, могут оказаться в состоянии пластической деформации. Зарождение трещин усталостного и коррозионно-усталостного разрушения связано с локальной микропластической деформацией в отдельных слабых местах поверхности металла. [c.42]

Из сказанного следует, что кавитационная стойкость определяется не столько усредненными свойствами макроскопических объемов, сколько свойствами микроскопических объемов, т. е. прочностью отдельных структурных составляющих и их групп. При неблагоприятном распределении малопрочной структурной составляющей разрушение ее приводит к выкалыванию сравнительно больших частиц более прочных структурных составляющих, Зарождение трещин и выкрашивание происходит по границам зерен. [c.64]

Первые следы трещин, видимые невооруженным глазом, образуются на внут ней поверхности новой рмы уже после отливки 150-250 труб. Они образуются в основном на внутренней поверхности у основания формы и частично у раструба. Микро- и макроскопические наблюдения показывают, что зарождение трещин чаще сего происходит в углублениях морщин внутренней поверхности или образуются от поверхностных рисок. [c.37]

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]

Если S (t) —квазимонотонная возрастающая функция, то ij a О при S < sr и i 2 = [(s/sy) — 11 i i при s Sy. Целесообразно ввести третью меру повреждения з = I l + Ч г. равную отношению суммы всех длин передачи к суммарной длине всех волокон. Условие = 1 означает разрушение всех структурных элементов, а условие г з = 1 соответствует полному расслоению образца. В действительности i и з достаточно малы по сравнению с единицей, поскольку при сравнительно малых плотностях повреждений происходит либо,потеря целостности композита, либо зарождение макроскопической трещины. [c.158]

По этой методике, практически не удавалось непосредственно за-фикси1ровать момент зарождения макроскопической трещины Однако на некоторых образцах удалось получить отметку вершины трещины на aMoWi начале ее пути вблизи надреза. Так, в наших исследованиях на образце из стали 14Х2ГМР при напряжении а= 320 МПа удалось получить первую отметку вершины трещины на расстоянии 0,097 мм от дна надреза. В этом случае трещина длиной 0,097 мм с [c.265]

Учебное пособие написано в рамках чтения лекций в МГТУ им. Н.Э. Баумана по курсу Конструкционная прочность машиностроительных материалов на факультете Машиностроительные технологии (кафедра Материаловедение ) и предназначено для студентов, обучающихся на материаловедов и машиностроителей. Среди механических свойств конструкционных металлических материалов усталостные характеристики занимают очень важное место. Известно, что долговечность и надежность машин во многом определяется их сопротивлением усталости, так как в подавляющем большинстве случаев для деталей машин основным видом нагружения являются динамические, повторные и знакопеременные на1 рузки, а основной вид разрушения - усталостный. В последние годы на стыке материаловедения, физики и механики разрушения сделаны большие успехи в области изучения физической природы и микромеханизмов зарождения усталостных трещин, а также закономерностей их распространения. Сложность оценки циклической прочности конструкционных материалов связана с тем, что на усталостное разрушение оказывают влияние различные факторы (структура, состояние поверхностного слоя, температура и среда испытания, частота нагружения, концентрация напряжений, асимметрия цикла, масштабный фактор и ряд других). Все это сильно затрудняет создание общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Однако в общем случае процесс устаттости связан с постепенным накоплением и взаимодействием дефектов кри-сталтгической решетки (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций и дискли-наций, двойников, 1 раниц блоков и зерен и т.п.) и, как следствие этого, с развитием усталостных повреждений в виде образования и распространения микро - и макроскопических трещин. Поэтому явлению усталостного разрушения присуща периодичность и стадийность процесса, характеризующаяся вполне определенными структурными и фазовыми изменениями. Такой анализ накопления струк-туршз1х повреждений позволяет отвлечься от перечисленных выше факторов. В учебном пособии кратко на современном уровне рассмотрены основные аспекты и характеристики усталостного разрушения металлических материалов. [c.4]

Повреждение и разрушение материалов для рассматриваемые, в основном, обусловлено зарождением микродефектов, их ростом и слиянием в макроскопические трещины. Мик-роструктурные изменения при этом описываются эволюцией специально введенных параметров, характеризующих интегрально микроскопические физико-механические свойства конструкционных материалов. [c.371]

Одним из критериев долговечности является выносливость, под которой понимают способность материала сопротивляться усталости, или постепенному наколлению повреждений под действием циклически повторяющихся нагрузок. Выносливость зависит от живучести, определяющей продолжительность работы детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости (размером 0,5. .. 1,0 мм) до разрушения. Усталостный излом всегда имеет две зоны разрушения усталостную зону предварительного разрушения с мелкозернистым, часто ступенчато-слоистым строением, иногда с отдельными участками блестящей поверхности, и зону долома, носящую характер вязкого или хрупкого (в зависимости от свойств металла) разрушения. [c.53]

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]

Необходимо различать разрушение вследствие потери целостности 4 и хрупкое разрушение 8 как результат постепенного накопления повреждений. Внешний вид образцов после разрушения может быть сходным, однако анализ структуры разрушенных образцов показывает, что во втором случае множество малых трещин пронизывает весь образец, а финальная трещина проходит через эти малые трещины. Типичный пример — разрушение образца из высокопрочного однонаправленного композита при растяжении в направлении волокон (см. также 4.11—4.13). Эксперименты показывают, что волокна разрушенного образца обычно бывают раздробленными на небольшие отрезки, и финальная трещина проходит в основном через места разрыва отдельных волокон. Другой пример — разрушение некоторых горных пород и силикатных материалов при сжатии, которое часто сопровождается множественным растрескиванием. Механизмы хрупкого разрушения 2 и 5 следует трактовать как предельные случаи механизмов зарождения и роста макроскопической трещины типа последовательности 1—3—5—6—7. При этом 1 Р. где р — характерный размер структурного элемента. [c.138]

Оба способа имеют общее истолкование условия д, ( ) = 1 и Ф (О = 1 означают, что к окончанию испытаний на отрезке [О, t] почти в каждом образце появится хотя бы одна макроскопическая трещина. Если процесс г ) (t) детерминистический, то формулы (5.115) и (5.116) приводят к одинаковому результату. Это остается в силе и при квазидетерминистическом подходе, когда случайный процесс if (t) заменяют его математическим ожиданием. Поскольку операции усреднения и преобразования с помощью функции f ) некоммутативны, то в общем случае результаты вычислений по формулам (5.115) и (5.116) различны (очевидное исключение — линейная функция). Введем понятие интенсивности зарождения трещин Я, (t) = [c.197]

Развитие искажений атомной решетки в процессе циклического воздействия при напряжениях выше предела выносливости после достижения некоторой критической степени искаженности приводит к разрыву межатомных связей по плоскостям скольжения и к развитию так называемого разрыхления (дисперсный разрыв отдельных меж-дуатомных связей без образования свободных поверхностей внутри кристалла) [2]. Постепенное развитие разрыхления вьпзыва-ет зарождение и развитие субмикроскопиче-ских нарушений сплошности, микро- и макроскопических трещин усталости. [c.59]

Указанное следствие вытекает из второго важного момента предложенной схематизации процесса хрупкого разрушения условия зарождения, страгивания и распространения трещин скола являются независимыми. Разрушение в макрообъеме в зависимости от температурно-деформационных условий нагружения может контролироваться одним из перечисленных процессов. Для случая одноосного растяжения условия зарождения, страгивания и распространения микротрещин скола можно изобразить в виде схемы (рис. 2.7), использовав параметрическое представление в координатах а — Т. Кривая 1 соответствует условию зарождения микротрещин скола, причем это условие не совпадает с условием достижения макроскопического предела текучести. Прямая 2, отвечающая напряжению а=5о, есть условие страгивания. Линия 3 определяет условия распространения микротрещин скола в изменяющейся в процессе деформирования структуре материала. Очевидно, что при условии о От параметр ap = onst, поскольку в этом случае rie сформированы [c.65]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...