Рост трещины при нестабильном хрупком разрушении

Рост трещины при нестабильном хрупком разрушении 247 [c.247]

Поскольку при нестабильном росте трещины напряжение в ее устье непрерывно возрастает, хотя среднее напряжение при этом может и уменьшаться (концентратор пропорционален длине трещины), начало развития хрупкого разрушения обычно приводит к полному разрушению изделия (образца, детали). Сравнительно редки сл) чаи остановки хрупкой трещины — встреча с непреодолимым для ее движения препятствием, исчерпание упругой энергии в системе. [c.27]

Детали механизма роста трещины при ударном нагружении весьма сложны, так как этот процесс нестабильный. При этом временной фактор можно не рассматривать, так как процесс разрушения протекает очень быстро. Увеличение энергии, приходящейся на дополнительное раскрытие, связанное с ростом трещины до определенной длины, можно подсчитать приближенно (см. рис. 85) и показать, что причиной роста работы разрушения является просто необходимость увеличения с температурой длины вязкой трещины для развития хрупкого скола. Величина прироста энергии, очевидно, зависит от формы кривой РТ (длины трещины). В общем случае, если основание надреза не было подвергнуто деформационному упрочнению перед испытаниями, то при вязком разрушении, начинающемся при низких значениях РТ, рост трещины не приведет к существенному увеличению РТ. [c.205]

Выше были рассмотрены условия старта макротрещины, обусловленного хрупким или вязким зарождением разрушения в ее вершине. Сам факт такого старта в общем случае не является гарантом глобального разрушения элемента конструкции. Так, для развития трещины по вязкому механизму требуется непрерывное увеличение нагрузки до момента, когда трещина подрастает до такой длины, при которой дальнейший ее рост может быть нестабильным [33, 253, 339, 395]. При хрупком разрушении нестабильное развитие трещины начинается сразу после ее старта, но тем не менее трещина может остановиться, не разрушив конструкции, что может быть связано с малой энергоемкостью конструкции (не хватает энергии на обеспечение динамического роста трещины) или определенной системой остаточных напряжений (попадание трещины в область сжатия). [c.239]

Субкритическое и динамическое развитие трещины. Развитие трещины при хрупком разрушении в отличие от ее старта, по всей вероятности, не происходит по механизму встречного роста, что связано с непосредственным развитием магистральной трещины. Данное обстоятельство позволяет напрямую (без анализа НДС у вершины трещины) использовать концепцию механики разрушения, сводящуюся к решению уравнения G v) = = 2ур(и). Нестабильное (динамическое) развитие хрупкой трещины как при статическом, так и при динамическом нагружениях достаточно хорошо моделируется с помощью метода, рассмотренного в подразделе 4.3.1 и ориентированного на МКЭ. В этом методе используются специальные КЭ, принадлежащие полости трещины, модуль упругости которых зависит от знака нормальных к траектории трещины напряжений увеличение длины трещины моделируется снижением во времени модуля упругости КЭ от уровня, присущего рассматриваемому материалу, до величины, близкой к нулю. Введение специальных КЭ позволяет учесть возможное контактирование берегов трещины при ее развитии в неоднородных полях напряжений, а также нивелировать влияние дискретности среды, обусловленной аппроксимацией, КЭ, на процесс непрерывного развития трещины. [c.266]

Считается, что продвижение трещины путем простого пластического растяжения в условиях плоской деформации, как показано на рис. 57, не приводит к нестабильному или хрупкому в инженерном смысле разрушению [5J. Пластическое течение, необходимое для роста трещины, моделируется двумя скоплениями дислокаций противоположных знаков, расположенных под углом 45° к оси растяжения. Дальнейшее развитие трещины требует образования двух других скоплений идентичной длины, что может быть достигнуто только при более высоком приложенном напряжении. Если даже скорость уменьшения поперечного сечения достаточна для того, чтобы вызвать необходимый рост напряжения, течение [c.113]

Если же тонкая структура устойчива, то необходимо еще рассмотреть вопрос о дальнейшем развитии трещины в процессе монотонного возрастания внешней нагрузки. При рассмотрении последнего вопроса механика хрупкого разрушения также может оказаться достаточной, если число скачков достаточно велико и при исследовании ставится ограниченная задача об определении приблизительного местонахождения конца трещины после большого числа скачков. Для решения последней задачи нужно взять некоторое среднее значение вязкости разрушения Ki для устойчивой тонкой структуры и приравнять его расчетному коэффициенту интенсивности напряжений Ki] при Этом движение конца трещины будет монотонным и устойчивым. Следует подчеркнуть, что, вообще говоря, среднее значение вязкости разрушения для устойчивой тонкой структуры отлично от вязкости разрушения, соответствующей началу нестабильного роста трещин, поэтому для ее измерения необходимы дополнительные эксперименты. [c.260]

Стадия Ш нестабильного роста трещины протекает при ускоренном росте трещины и завершается до ломом. В зависимости от положения температуры вязко-хрупкого перехода материала по отношению к температуре испытания долом протекает по вязкому или хрупкому механизму разрушения. Долом принимает кристаллическое строение, если температура испытания ниже температуры вязко-хрупкого перехода, [c.246]

Исследованием чугунных деталей на различных стадиях разрушения, в том числе при изломах после полного разрушения, установлено наличие разрушающих трещин и их продвижение в процессе разрушения. Для оценки склонности чугунов к нестабильному, в частности хрупкому разрушению, используют параметр (трещиностойкость, вязкость разрущения) - предельное значение критического коэффициента интенсивности напряжений К . Сопротивляемость материалов распространению усталостной трещины обычно оценивают по экспериментальным диаграммам, представляющим собой зависимость длины трещины I от количества циклов N при различных амплитудах напряжения цикла. Между скоростью роста трещины (Ш(1М и отклонением коэффициента интенсивности напряжений АК = существует [c.442]

Исследования показали, что по химическому составу металл отливки корпуса задвижки соответствовал стали А-352 1СВ по АЗТМ и в зоне разрушения находился в охрупченном состоянии ударная вязкость КСУ 4д при пониженной температуре составляла 12 Дж/см , относительное удлинение 8 — 23,8%. Металл имел ферритно-перлитную структуру с крупными равноосными зернами и включениями карбидов внутри зерен феррита. Охрупчивание металла отливки в зоне разрушения было вызвано наличием усадочных межкристаллитных несплошностей и проявлением водородной хрупкости. По значениям прочности, твердости и относительного сужения металл отвечал требованиям нормативных документов к отливкам, предназначенным для эксплуатации в средах с высоким содержанием сероводорода. Разрушение стенки корпуса задвижки произошло в результате быстрого развития трещин, образовавшихся в металле под воздействием напряжений, превышающих предел текучести, в зоне расположения усадочных несплошностей. Наличие высоких напряжений в металле в момент, предшествовавший разрушению, подтверждалось тем, что в зоне зарождения и нестабильного роста трещин преобладал вязкий характер разрушения. Характер излома корпуса задвижки в зонах зарождения и докритического роста трещины смешанный, а в зоне лавинообразного разрушения — хрупкий с шевронным узором. Охрупчивание металла, вызванное его пониженной ударной вязкостью, способствовало лавинообразному развитию разрушения. На гболее вероятной причиной разрушения задвижки явилось, по-видимому, размораживание ее корпуса. [c.52]

При нагружении твердого тела иооцесс разрушения включает обычно три стадии — инициирование трещины, ее стабильный рост при возрастающей или постоянной нагрузке и нестабильное распространение трещины. Однако не во всех материалах реализуются все три стадии разрушения. В хрупких материалах, всегда имеющих внутренние дефекты, такие как слабые границы зерен в некоторых керамических материалах или поверхностные царапины в минеральном стекле или хрупких полимерных стеклах, представляющие собой зародышевые (начальные) трещины, две первые стадии могут отсутствовать. В менее хрупких материалах, таких как аморфно-кристаллические полимеры или пластичные металлы, нестабильному распространению трещин предшествует их инициирование и стабильный рост по механизму образования микротрещин в полимерах или скопления дислокаций в металлах. Однако, если инициирование и стабильный рост трещин протекают ке всегда, то их нестабильное прорастание всегда является конечной стадией разрушения. [c.52]

Разрушение твердого тела включает три стадии — инициирова-ппе субкрптической трещины, ее медленный стабильный рост до критических размеров и, наконец, ее быстрое нестабильное распространение. Необязательно, что при разрушении проявляются все стадии. Например, общепризнано, что при разрушении стекол критические дефекты уже существуют в виде поверхностных трещин,, и кратковременная прочность стекол определяется только третьей стадией. В пластичных металлах, в кото Л)1х трещины инициируются накоплением дислокаций, разрушение проходит через все три стадии. Хрупкие густосетчатые полимеры, такие как отвержденные эпоксидные и полиэфирные смолы, по характеру разрушения ближе к минеральным стеклам, чем к пластичным металлам. Поэтому вероятно, хотя и не на все сто процентов, что их прочность определяется, как и прочность минеральных стекол, напряжением, необходимым для распространения уже существующих дефектов. Размеры этих дефектов можно грубо оценить по уравнению Гриффита. Типичные значения разрушающего напряжения для этих полимеров составляют примерно 100 МН/м , модуля Юнга — 3 гH/м , поверхностной энергии 150 Дж/м Расчеты по уравнению 2.1 дают размеры дефектов порядка 30—40 мкм. В наполненных полимерах существуют три возможных типа этих дефектов — дефекты, присущие структуре матрицы, размером Со, частицы наполнителя размером р и расстояние между частицами а. Если частицы наполнителя по размерам превосходят структурные дефекты матрицы и, особенно, если частицы имеют нерегулярную форму, то они могут стать наиболее опасными дефектами наполненных композиций. Если наибольшие значения Со и р меньше расстояния между частицами, то трещина может расти в матрице, преодолевая только ее поверхностную энергию разрушения, до величины, равной а, а затем трещина должна расти, преодолевая и [c.79]

При создании критериев трещиностойкости материалов Ирвин исходил из того, что при достижении нестабильного спонтанного роста трещины коэффициент интенсивности напряжений достигает своего критического значения Кс. Вначале предполагали, что Кс является константой материала. Однако оказалось, что уровень этой характеристики зависит от толщины испытываемых изделий (например, пластины) и с увеличением толщины уменьшается в связи с изменением (трансформацией) в вершине трещины плосконапряженного состояния на наиболее опасное для реализации хрупкого разрушения плоскодеформированное состояние, достигая при этом определенного. минимального значения Хгс (рис. 15.4). Имеются все основа- [c.237]

При создании критериев трещиностойкости материалов Ирвин исходил из того, что при достижении нестабильного спонтанного роста трещины коэффициент интенсивности напряжений достигает своего критического значения Кс, которое считали константой материала. Однако оказалось, что уровень этой характеристики зависит от толщины испытываемых изделий (например, пластины) и с увеличением последней уменьшается в связи с изменением (трансформацией) в вершине трещины плосконапряженного состояния на наиболее опасное для реализации хрупкого разрушения плоскодеформированное состояние, достигая наконец стабильного минимального значения Кю- Согласно ГОСТ 25.506—85, при выполнении условий корректности определения характеристик трещиностойкости (см. ниже) основной, характеризующей свойства материала, величиной является Кю-В системе СИ единица величины этой характеристики [МПа-уПй]. [c.329]

Анализ критических точек (точек бифуркаций), отвечающих при движении трещины смене микромеханизма разрушения в условиях подобия локального разрушения, с использованием концепции критической плотности энергии деформации позволил выявить однозначную связь между параметрами, контролирующими локальное и глобальное разрушения. Найденные соотношения и разработанная методология количественной фрактографии с учетом дискретности и автомодельности разрушения при возникновении локальной нестабильности позволяют с помощью микрофрактографических исследований решать важные инй енерные задачи, связанные с оценкой по микрофракто-графическим параметрам скорости и длительности роста усталостной трещины по механизму нормального отрыва, определением эквивалентных напряжений, склонности материала к хрупкому разрушению в точках бифуркаций, соответствующих смене микромеханизма разрушения, с установлением пороговой энергии на единицу длины трещины в этих точках. Это позволило разработать единые для сплавов на данной основе фрактографические карты, объединяющие мйкро- и макропараметры разрушения. [c.6]

За последнее время вклад в теорию хрупкого разрушения внесли советские ученые. Баренблатт и Кристианович развили силовые критерии хрупкого разрушения в упругой трактовке в качестве критерия разрущения при этом используется модуль сцепления, характеризующий силовое взаимодействие краев трещины. Соответствующие выражения для простейших случаев сходные с зависимостями Гриффитса. В последующих работах Баренблатта, Ентова, Салганика этот подход был распространен на кинетические и реологические условия роста трещин до возникновения нестабильных состояний. [c.460]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...