Исследование скорости распространения трещин

ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТРЕЩИНЫ [c.144]

Для исследования скорости распространения трещины и ее связи с мгновенным коэффициентом интенсивности обсудим теперь некоторые экспериментальные данные. В [96] была проведена серия из шести экспериментов, в которых систематически изменялась скорость нагружения (рис. 6.13). При этом было получено, что, хотя зависимость коэффициента интенсивности напряжений от времени имеет [c.171]

Как уже указывалось, процесс КР протекает в две стадии в первой зарождается очаг (обычно концентратор напряжения), с которого трещина берет свое начало, во второй стадии происходит распространение трещин. Считают, что склонность высокопрочных сталей к КР определяется в основном второй ступенью и зависит от скорости распространения трещины. В связи с этим большое внимание за последнее время уделяется характеристике сплавов с точки зрения возможности распространения в них трещин. Для исследования скорости распространения трещин в сплаве применяют метод измерения электросопротивления образцов. В этом методе образец с надрезом включается в одно из плеч моста Томсона и компенса- [c.122]

Хотя полученные результаты еще не могут быть однозначно интерпретированы, исследование скорости распространения трещины в сплавах с различной структурой представляет несомненный интерес. [c.124]

Вопросу распространения трещин и определению работы р посвящено большое количество исследований. Скорость распространения трещин зависит не только от свойств материала, его структуры, металлургической и термообработки, но и от потенциальной энергии, накопленной в конструкции. [c.99]

Рис. 3.8. Схема установки для исследования скорости распространения усталостной трещины.

Существует несколько методик по исследованию времени жизни деталей с трещинами и скорости распространения трещин методом вихревых токов. Самый простой из них связан с нанесением концентратора напряжений на образец, испытывающийся на циклическую нагрузку, и поочередным выключением испытательной машины для обнаружения трещин или измерения ее размеров. [c.162]

Размер первого скачка в исследованных сталях возрастает с повышением температуры, увеличением расчетного размера пластической зоны в вершине трещины, при этом размер скачка в несколько раз больше размера пластической зоны, подсчитанной по известным формулам. Измерение скорости распространения трещины в момент скачка показало, что ее значения близки к скоростям при ударном нагружении [39]. [c.11]

Поэтому подходы линейной механики разрушения могут быть успешно использованы для исследования и прогнозирования усталостной прочности и долговечности металлов, которые могут быть использованы только для упругого напряженного состояния и многоцикловой усталостной прочности. В последние годы развивается нелинейная механика разрушения. Экспериментально показано, что скорость распространения трещин во всей области скоростей (10 — [c.14]

Поскольку скорость распространения трещины быстро возрастает перед окончательным изломом, по результатам фрактографических исследований предполагалось, что длина трещины в момент окончательного излома равняется половине диаметра исследуемого образца. [c.18]

В ходе современных исследований усталости металлов получен большой объем экспериментальных результатов по кинетике распространения треш,ин, на основе которых скорость распространения трещины эмпирически соотносится с изменением коэффициента интенсивности напряжения Л/sT [1] [c.208]

Изложены результаты экспериментального исследования термической усталости алюминиевых сплавов. Показано, что скорость распространения трещин термической усталости зависит от свойств материала и ряда параметров, характеризующих испытания. [c.438]

Если испытания на скорость распространения трещины проводятся в условиях уменьшения К (например, на образцах с предварительно нанесенной трещиной, нагружаемых с помощью винта), то может произойти остановка трещины. Соответствующие значения К, если они существуют, называют пороговыми. При исследовании влияния среды на КР эту величину обозначают К/кр. В таких испытаниях обычно удается найти и область напряжений, в которой скорость роста трещины не зависит от К (область II на рис. 2). Это значение v называют максимальным при КР [2], поскольку в области III происходит, как правило, уже не зависящее от среды быстрое разрушение. [c.50]

Следует отметить, что коррозионные трещины во влажном аргоне развиваются значительно быстрее, чем в сухом водороде (см. рис. 38 и 37). Сухой аргон иногда используется как относительно инертная среда при исследовании влияния других сред на субкритический рост трещины. Поэтому интересно знать количественные характеристики скорости распространения трещины в сухом аргоне, поскольку они должны использоваться как исходные данные. Для сплавов, показанных на рис. 38, рост трещины в сухом аргоне при скорости до 2,1-10 см/с не отмечался. Предполагается, что большинство промышленных высокопрочных алюминиевых сплавов будут вести себя аналогично, без роста коррозионных трещин в среде сухого аргона. Однако, как исключение в высокочистом сплаве системы А1—Mg—2п, отмечается субкритический рост трещины в сухом аргоне со скоростью 7-.10 см/с (рис. 39). Более агрессивные среды, такие как влажный воздух, особенно сильно ускоряют рост трещины в данном сплаве. Это показывает, что даже в сплавах высокой чистоты рост трещины сильно зависит от среды, поэтому данный процесс правильно назван КР. [c.193]

Медленное, равномерное увеличение прогиба образца на первом участке вс второй стадии (рис. 2) свидетельствует о медленном распространении трещины усталости с постоянной скоростью. С некоторого момента скорость распространения трещины усталости растет, что подтверждается последующим, более резким увеличением прогиба образца на втором участке. Указанные выводы о скорости распространения усталостной трещины подтверждаются и микроструктурными исследованиями образцов. [c.37]

Данные об увеличении прогиба за время второй стадии, полученные при испытании консольных образцов с записью диаграмм усталости, позволяют судить о скорости развития усталостной трещины. Скорость медленного распространения усталостной трещины можно характеризовать отношением прогиба образца к количеству циклов за время первого участка второй стадии, т. е. скоростью деформации на этом участке. Для всех исследованных материалов установлена зависимость между величиной действующего напряжения (коэффициентом циклической перегрузки) и скоростью распространения трещины усталости. Указанная зависимость представлена в виде формулы [c.41]

На основании проведенных исследований был сделан вывод, что при транскристаллитном характере развития трещин размер зерна практически не влияет на сопротивление термической усталости жаропрочных материалов, а при интеркристаллитном разрушении с уменьшением размера зерна увеличивается число циклов до разрушения и уменьшается скорость распространения трещин термической усталости. [c.152]

При более высоких скоростях распространения трещины при переходе в область малоцикловой усталости, когда механизм разрушения определяется исходным запасом пластичности и прочности материала, лучшую циклическую трещиностойкость имеет металл шва. Об этом свидетельствуют также результаты испытаний на статическую трещиностойкость (см. рис. 3.3-3.5), из которых следует, что металл ЗТВ имеет более низкие значения Jj.. Основной металл во всем диапазоне исследованных скоростей роста трещины обладает более высокой сопротивляемостью усталостному разрушению, чем металл шва и ЗТВ. По мере выхода траектории трещины из области [c.88]

Экспериментальные исследования механических параметров, обусловливающих скорость распространения трещины [c.167]

В разделе 5.3 показано, что для многих пластичных материалов такие параметры механики разрушения, как коэффициент интенсивности напряжений К и номинальное напряжение в сечении нетто не являются параметрами, описывающими скорость распространения трещины ползучести. Напротив, скорректированный У-интеграл (У-интеграл ползучести /) является таким параметром. Кроме того, установлено, что и при ползучести в случае изменения напряжения переходная скорость распространения трещины также соответствует величине J (см. рис. 5.54). В связи с этим ниже рассматривается возможность применения параметра j и для анализа распространения трещины при зависящей от времени усталости. Для исследования использовали образцы типа N -M (см. рис. 5.49, а) из нержавеющей стали 316 цикл напряжения и частота нагружения указаны на рис. 6,28, v = = 0,1 цикл/мин. Способ определения У-интеграла ползучести в этом случае (рис, 6.31) заключается в том, что деформацию в пр.о цессе полуцикла растяжения считают равной направленной деформации ползучести измеряя раскрытие центра трещины V, происходящее в период выдержки напряжения, определяют скорость раскрытия V по наклону линий на диаграмме V — t. Величину/ оценивают с помощью уравнения, аналогичного уравнению [c.216]

Усталостной долговечностью во многих случаях считают число нагружения до полного разрушения образца. Однако обычно усталостной долговечностью называют число циклов нагружения до повреждения Nf, при котором растягивающая нагрузка падает на несколько процентов по отношению к устойчивому состоянию. Это вызвано тем, что в некоторых случаях при росте трещины становится невозможным игнорировать периодическое раскрытие трещины при нагружении, хотя, в частности, в пластичных материалах скорость распространения трещины уменьшается, разрушение не достигается. В Японии в качестве усталостной долговечности Nf часто рассматривают [25] число циклов нагружения при котором растягивающие напряжения уменьшаются до 3/4 максимальной величины, при этом образуется устойчивая петля гистерезиса. Среди других методов испытаний следует указать [52] метод испытаний на термическую усталость, установленный Комитетом по высокотемпературной прочности Японского общества материалов. Этот метод вполне можно считать подходящим для применения в исследованиях. [c.229]

Динамическое нагружение. Известно, что скорость нагружения и распространения трещины оказывает влияние на сопротивление хрупкому разрушению и предельное состояние конструктивных элементов с трещинами. В связи с этим важно знать характеристики вязкости разрушения конструкционных сплавов при динамическом характере их нагружения, обусловленном большой скоростью приложения нагрузки или скоростью распространения трещины. Для материалов различных классов в различных состояниях влияние динамического нагружения на вязкость разрушения может быть различным. На рис. приведены результаты исследования влияния температуры испытаний на характеристики динамической вязкости разрушения [c.203]

В развитии механики разрушения и, в частности, в исследовании динамического распространения трещины концепция упругого коэффициента интенсивности напряжений сыграла фундаментальную и консолидирующую роль. В этом параграфе приводится формальное определение динамического коэффициента интенсивности напряжений через характеристики поля в окрестности вершины трещины, преобладающего в номинально упругом теле в процессе роста трещины. Вблизи любой точки края трещины, за исключением точек пересечения трещины с поверхностью твердого тела и угловых точек края, локальное распределение деформаций является в основном двумерным, и поля в окрестности вершины представляют собой комбинацию трещин типа 1 (плоское раскрытие трещины), типа 2 (плоский сдвиг) и типа 3 (антиплоский сдвиг). С целью ограничить исследование рассмотрением полей с конечной энергией (в конечных областях) вводится требование интегрируемости энергии деформации в любой подобласти. Кроме того, для решения поставленных задач предполагается, что ни скорость, ни направление трещины резко не меняются. [c.84]

Подробные исследования скорости распространения трещины в различных сплавах выполнены авторами работы [ 79] при проведении испытаний плоских образцов шириной 100 мм с центральной щелью длиной 10 мм. Визуальным методом и методом вихревых токов оценивали скорость прироста трещины до полного разрушения образца при частоте 10—20 цикл/мин и асимметрии цикла Я = 0,2. В табл. 13 приведены значения максимальной интенсивности напряжений тах при которых происходит неодинаковый рост трещины в а-, (а+й - и юплавах. Величину ах рассчитывают по формуле тах [c.103]

Экспериментальны.м исследованием скорости распространения трещин хрупкого разрушения в силикатном стекле занимались Кузмин и Пух [160]. При этом было установлено, что предельная скорость распространения трещины зависит от напряжения при малых значениях его — приблизительно до 0,1 При более высоких напряжениях предельная скорость распространения трещины почти постоянна и составляет ----- скорости звука в металле, что хорошо согласуется с теоретическим значением скорости Уц. Отсюда следует, что вид поверхности излома в случае разрушения при низком напряжении будет отличаться от вида [c.423]

Растрескивание металла трубопроводов вследствие водородного охрупчивания зарождается на участках стали с твердой мартенситной структурой, обычно в местах концентрации остаточных напряжений, возникающих при изготовлении труб. Как правило, коррозионное растрескивание кольцевых швов трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие среды, связано с непроваром в корне шва или внутренним подрезом. Любая прерывистость в корне шва может явиться причиной коррозионного растрескивания, при этом скорость распространения трещин в процессе эксплуатации газопроводов сернистого газа определяется глубиной и радиусом поверхностного дефекта в вершине сварного соединения [19]. Исследования коррозионных повреждений трубопроводов, изготовленных из стали марки 17Г2С и транспортирующих газ с примесью сероводорода (до 2%), показали, что общим для всех случаев разрушения сварных соединений является зарождение трещин [c.17]

Масштабный фактор влияет не только на предел выносливости гладких образцов, но также изменяет характеристики циклической трещиностойкости, которые оцениваются при построении кинетических диаграмм усталосгного разрушения (КДУР). На рис. 51 приведены сравнительные данные гго исследованию скорости распространения усталостных трещин (РУТ) в сталях [c.83]

Особенности кинетических диаграмм разрушения. В первых исследованиях, касающихся оценок кинетики докритического роста трещип при длительном статическом нагружении в водных средах, рассматривались преимущественно закаленные низкоот-пущенные стали с пределом текучести выше 1500 Н/мм . Было показано, что скорость распространения трещины прямо пропорциональна коэффициенту интенсивности напряжении растущей коррозионной трещины. Дальнейшее распространение подходов линейной механики разрушения па более широкий круг высокопрочных материалов и коррозионных сред выявило более сложный характер зависимости viK). Типичная кинетическая диаграмл1а коррозионного растрескивания в координатах gv-K представлена на рис. 42.3. На участках I и III скорость роста трещины увеличивается с повышением X, а в пределах участка II, охватывающего значительный диапазон значений К, наблюдается стабилизация скорости. Существуют различные суждения о причинах четко выраженных участков диаграммы коррозионного растрескивания. Их связывают с влиянием в пределах каждого участка доминирующего механизма воздействия среды. Второй горизонтальный участок часто связывают с релаксацией напряжений в вершине трещины вследствии ее интенсивного ветвления. Характер зависимости v K) во многом зависит от структуры сплава и типа среды. Для высокопрочных сталей с мартенситной структурой с пределом текучести 1500 Н/мм и выше на кине- [c.341]

Во всех исследованных дисках распространение трещины сопровождалось преимущественным формированием фасеточного рельефа излома с вкраплениями зон в виде блоков усталостных бороздок, аналогично тому, как это было рассмотрено в главе 7. Необходимо было сопоставить скорость роста усталостной трещины с величиной шага усталостных бороздок на сравнимой длине трещины. Слежение за ростом трещины, имевшей уголковую форму фронта в связи с распространением от угла межпазового выступа, было осуще- [c.471]

Хотя результаты первых попыток исследования распространения погранияной трещины были не вполне понятны, они позволили обнаружить наиболее простой способ непосредственного экспериментального определения энергии адгезии Дальнейшее развитие этих методов могло бы дать способ независимого определения затраченной энергии и механизма диссипации в композитах. Помимо этого существуют другие оценки прочности при разрушении адгезионных слоев, основанные на измерении вязкости распространения трепщны в полимерном клее между двумя твердыми телами. Чтобы обеспечить распространение трещины по центру связующего слоя на конечном расстоянии от границы раздела, особое внимание в таких исследованиях (например, в работах [44, 53, 63]) было уделено частным видам геометрии, толщине связующего слоя, условиям отверждения и скорости распространения трещины. Ясно, что при таких условиях происходит разрушение связующего слоя, а не границы раздела, поэтому разрушение композита следует рассматривать как разрушение полимера при наложенных механических ограничениях. [c.260]

Гудков А. А,, Зотеев В. С. Исследование скорости распространения усталостных трещин с использованием критериев линейной механики разрушения.— В кн. Пробл. разрушения металлов. М. Машиностроение, 1975, с. 79-80. [c.35]

Для исследования коррозионной усталости с позщий линейной механики предложен ряд аналитических выражений, учитывающих асимметрию цикла нагружения и позволяющих описать скорость распространения трещин в широком диапазоне размаха коэффициента интенсивности AKj [51, 71,81]. [c.54]

Таким образом, в этом случае имеет место существенное влияние окисления. Оно повышает частотную чувствительность и ослабляет эффект уровня деформаций для разрушающего числа циклов. Скорость распространения трещины уже не описывается упомянутой зависимостью от интенсивности деформаций. В то же время в вакууме эта зависимость имеет место при слабой чувствительности к длительности нагружения в области частот, превышающих 0,1 цикла/мин. Для весьма низких частот (менее 0,01 цикла/мин) и в условиях вакуума возникает чувствительность к длительности нагружения, возможно в связи с проявлением длительного статического повреждения и структурными превращениями. Эти закономерности для теплостойкого сплава А286 при температуре 590° С и размахе деформации Авр = 0,002 иллюстрируются частотными зависимостями выражения (29) по данным [44], представленным йа рис. 23. В левой части для низких частот критерием разрушения является длительность нагружения (область J), в правой части для высоких частот этим критерием является число циклов (3). В вакууме этот критерий достигается (для исследованных условий) при существенно более низких частотах, чем на воздухе (разница в частотах достигает 3—4 порядков). Соответственно меняется фрак-тография излома, в области критерия длительности разрушение межкристаллическое, в области критерия числа циклов разрушение внутрикристаллическое, в промежуточной области (2) смешанное. [c.34]

Было показано, что образование выделений ог-фазы увеличивает легкость зарождения трещин под действием среды и скорость распространения трещин. Такие выделения также увеличивают вероятность разрушения сколом в период субкритического роста трещин. Установлено, что в случаях, где выделения аг-фазы срезаются, скольжение в (а-Ьог)-структурах происходит в очень узких полосах скольжения со значительными смещениями в каждой полосе. Это может указывать еще раз на важность характеристик скольжения при определении чувствительности к КР-Наблюдения [33] наводят на мысль провести эксперимент для определения важности характера скольжения или наличия Т1зА1. Этими исследователями было показано, что определенное распределение аг-фазы изменяет тип взаимодействия дислокации с частицей от срезания до огибания. Таким образом, если Т1зА1 изменяет характер скольжения, то такое ее распределение должно приводить к меньшей чувствительности к КР, чем в случае одно фазных а или двухфазных структур а+аа), в которых происходит срезание частиц дислокациями. Некоторое доказательство в достоверности этого имеется, но требуются более тщательные исследования. [c.409]

Старение деталей машин, их несущая способность и прочность при переменной нагруженности зависят от концентрации напряжений, абсолютных размеров, свойств материалов и качества поверхностного слоя деталей, окружающей среды п других факторов. Металлографические, рентгеновские и исследования, выполненные с помощью электронных микроскопов, позволили открыть ряд новых явлений, сопровождающих повторную деформацию и последующее (часто внезонное) разрушение материалов под действием повторных нагрузок. Это явление называется пределом выносливости металлов. Субми-кроскопические трещины усталости образуются на ранней стадии деформирования, после числа циклов, составляющего 10—20% общей долговечности. Видимая трещина образуется незадолго до окончательного разрушения детали. С помощью методов дефектоскопии в ряде случаев можно контролировать величину и скорость распространения трещин в деталях машин и определять пределы безотказной работы при медленно развивающихся трещинах усталости. [c.223]

Исследование скоростных зависимостей К1Д — У.,.р и их обобщение для различных материалов показали [101, 102], что характер зависимостей определяется чувствительностью материала к скорости распространения трещины и условиями испытаний, в частности температурой. Так, для аморфных материалов (эпоксидные смолы, стекло) данная завиеимость имеет минимум динамичеекой вязкоети разрущения при У. р = при этом полагается равной К[ ,. Резкое [c.70]

Б соответствии с существующими зависимостями (см. табл. 1.2) по описанию скоростей распространения трещин при экспериментальных исследованиях их кинетики при циклическом нагружении по мере увеличения числа циклов N должны измеряться длина трещины I, размах номинального напряжения А(Т (для определения AKi), размах номинальной упругопластической деформации Де , размах перемещений берегов трещины Д0 (раскрытие трещины), размер пластической зоны г,. Для измерений используются различные динамометрические устройства (механические, гидравлические, упругие с датчиками сопротивления). Для измерения Де применяются механические, электромеханические, оптические, фотоэлектронные, индуктивные и другие типы де-формометров, рассмотренных в работах [34, 35, 111]. Перемещения, как указано в [34], также измеряются механическими, оптическими, электромеханическими, индуктивными, емкостными устройствами, как правило, с малыми базами (от 0,5 до 2—3 мм). Размер пластической зоны г, может быть определен с помощью интерферометров, фотоустройств с наклонным освещением, металлографических микроскопов. Для измерения длин трещин I наибольшее применение получили [35, 111] следующие методы оптические, электросопротивления, электропотенциалов, ультразвуковые, токовихревые, датчиков последовательного разрыва,. 4ц1носъемки и др. [c.219]

Аналитическое исследование распространения трещины ползучести выполнено [45] с учетом экспериментальных данных, описанных в разделе 5.3.2. Из приведенных выше результатов испытаний установили, что наиболее эффективным критерием, описывающим скорость распространения трещины, является скорректированный J-интеграл /-интеграл ползучести). Поэтому этот критерий используется и при аналитическом исследовании условий распространения трещины. [c.181]

Прежде всего следует рассмотреть проблему распространения Трещины при многоцикловой усталости при комнатной температуре. На рис. 6.19, а приведено экспериментально установленное соотношение между скоростью распространения трещины dlldN I — длина трещины, N — число циклов нагружения) и размахом коэффициента интенсивности напряжений. Эксперименты провели в вакууме, используя образцы в виде двухконсольной балки размером 150x60 мм. Подробная характеристика исследованных сплавов приведена в табл. 6.1. [c.207]

Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния скорости роста трещин на распределение напряжений и деформаций у ее вершины [8, 204, 2271 показывают, что при соотношении a/V 0,3, где а — скорость распространения трещины — скорость продольной упругой волны в металлах, это влияние отсутствует. При >> 0,3 распределение деформаций и напряжений у вершины движущейся трещины существенно отличается от статического. На рис. II [227j показана зависимость изменения оо в вершине трещины, расположенной в центре пластины, от угла G для значений а/у , изменяющихся от 0,2 до 0,96 (Ус — скорость волны поперечного сдвига). Из рисунка следует, что при соотношениях значений от 0,3 до [c.17]

Модель Дагдейла была объединена с методом конечных элементов [40, 41] и использована для исследования процесса хрупкого разрушения в динамике [42, 43]. Замкнутая форма решения для раскрытия трещины, полученная для случая движущейся полоски течения по Дагдейлу в материале, предел текучести Gys которого зависит от скорости деформации, была использована Канниненом [43] для оценки ограниченной скорости распространения трещины в тонких стальных и алюминиевых листах при одноосном растяжении. [c.59]

В настоящее время начинают появляться работы, в которых сообщается о результатах применения численных методов в анализе процессов быстрого роста трещины в упругопластическом материале. В частности, в работах Фрёнда и Дугласа [48], Лэма и Фрёнда [66], о которых выше уже упоминалось, была поставлена цель детально описать упругопластические поля, превалирующие в окрестности вершины трещины при ее движении с высокими скоростями. Позже результаты этих работ были обобщены в направлении учета скоростной чувствительности материала (для типа 3). Численные результаты исследования процесса распространения трещины для типа 3 деформации в вязкопластическом упрочняющемся материале были опубликованы [c.122]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...