Распространение усталостных трещин в пластинах

Рассмотрим кинетику распространения усталостной трещины в пластине. Трещина в этом случае будет двигаться вдоль некоторой линии, уравнение которой в полярной системе координат (Орф) (рис. 28) можно записать в параметрическом виде р = р (N) ф = Ф (iV). Начальные условия (IV.42) запишутся так [c.97]

Учитывая соотношения (IV.46), (IV.50) и (IV.57), для описания кинетики распространения усталостной трещины в пластине (определения функций ф = ф N), р = р (,N)) получаем такую систему дифференциальных уравнений [c.98]

К подобному заключению можно прийти, анализируя распространение усталостной трещины в тонкой пластине в условиях плоской деформации, даже если рост трещины в толстом образце происходит по механизму обратного пластического течения. Этот эффект хорошо проявляется при изгибе тонких образцов, когда деформация остается плоской [24]. Похожая картина наблюдается при изучении поверхности изломов образцов средней толщины. В этом случае усталостная трещина в середине пластины (в условиях плоской деформации) продвигается в центре быстрее, чем по краям (туннельное развитие). Это поведение можно объяснить, считая, что рост трещины зависит от критической амплитуды пластической деформации (дающей предельное деформационное упрочнение, растрескивание по полосам скольжения и т. д.) в области непосредственно перед вершиной трещины, а не от размеров обратимой пластической зоны или раскрытия трещины. При данном значении коэффициента интенсивности напряжений размер пластической зоны в условиях плоского напряженного состояния может быть больше, чем в условиях плоской деформации, но деформация распределена по этой зоне более равномерно, поэтому требуется большее число циклов для достижения критического [c.241]

Картина распространения усталостной трещины в тонких плоских образцах при повторном растяжении существенно усложняется. В тонких образцах трещина вначале распространяется по. плоскости, нормальной к приложенному переменному растягивающему напряжению. По мере ее роста увеличивается и примыкающая пластическая зона. При критическом размере зоны, зависящем от толщины пластины, плоскость излома меняет свое направление и располагается под углом 45° к поверхности, при этом существенно возрастает скорость роста трещины. Этот тип распространения усталостной трещины можно считать скорее типом П1 антиплоской деформации (см. гл. П, раздел 11 и гл. V, раздел 4), чем плоского напряженного состояния. Он наблюдается в тех случаях, когда упругий продольный изгиб пластины вызывает боковые относительные смещения верхней и нижней частей образца, непосредственно примыкающих к трещине. Обратная пластическая деформация концентрируется в узкой полосе скольжения по плоскости, наклоненной под углом 45°. Соотношения между смещением вершины трещины п Авр численно отличаются от таковых в условиях плоского напряженного состояния или плоской деформации. [c.242]

Поэтому картина распространения усталостной трещины, помимо геометрии образца, зависит еще от схемы приложения нагрузки. Если боковые смещения обусловлены продольным изгибом или, например, выпучиванием тонкой стенки сосуда высокого давления, трещины в тонком сечении могут развиваться быстрее, чем в толстом, несмотря на то, что очаги хрупкого статического разрушения предпочтительнее появляются в толстых изделиях. Рхли боковые смещения ограничить, то трещина будет распространяться медленнее. Подобным же образом статическая вязкость разрушения тонкой пластины существенно растет, если ограничен продольный изгиб (см. гл. V, раздел 4 и [25]). [c.242]

Рис. 28. Усталостное распространение трещины в пластине.

Эффект закрытия трещины свидетельствует о несоответствии условий деформирования материала у кончика трещины условиям внешнего воздействия (см. рис. 3.6). При простом одноосном растяжении плоской пластины в вершине трещины первоначально раскрытие возрастает едва заметно. И только после достижения напряжения раскрытия берегов трещины начинается нелинейный процесс накопления повреждений из-за пластической деформации материала. Переход к нисходящей ветви нагрузки во втором полуцикле нагружения приводит к обратному течению материала в условиях его сжатия до достижения напряжения закрытия берегов трещины. Дальнейшее снижение внешней нагрузки не сопровождается перемещением берегов трещины. Важно подчеркнуть, что внешнее воздействие в цикле нагружения на масштабном макроскопическом уровне является упругим. Диаграмма циклического растяжения всего образца, вне вершины трещины, является упругой . Именно. этим объясняется макроскопически хрупкий характер распространения длинных усталостных трещин. [c.137]

Размер зоны свидетельствует о том, что почти во всем рассматриваемом диапазоне развитие трещины происходило путем формирования скосов от пластической деформации на все сечение. Так, например, при 15 МПа-м радиус зоны составил около 0,8 мм, что привело к распространению зоны пластической деформации с двух сторон листа на указанную величину, т. е. на всю его толщину. Начиная с этой величины КИН развитие трещины происходило по механизму ii ni путем продольного сдвига берегов усталостной трещины, поскольку толщина пластины 1,6 мм равна значению 2r/j > 1,6 мм или меньше нее в большей части введенного для обобщения диапазона КИН. Для возрастающих величин предела текучести более 350 МПа полное смыкание скосов от пластической деформации наступает за пределами введенного для обобщения экспериментальных данных диапазона [c.192]

В случае распространения сквозных усталостных трещин при регулярном циклическом нагружении в пластине толщиной реализуется соотношение [160] [c.262]

I к стадии II. Как установлено [318] в случае а-титановых сплавов при циклическом нагружении на стадии Г усталостные трещины зарождаются на границах пластин а-фазы, при этом направление трещины может отклоняться от плоскости, перпендикулярной действию растягивающего направления при изменении ориентации пластин (до 45°). На стыках а-пла-стин и границах а-зерен трещина ветвится, что обуславливает более высокое сопротивление распространению трещины на стадии II в случае а-сплавов с пластинчатой структурой [241], по сравнению с глобулярной структурой. Однако, следует отметить, что наиболее чувствительна к структуре материала стадия I, когда размер циклической зоны пластической деформации меньше размера зерна или одного структурного элемента. [c.347]

В. С. Ивановой и В. Ф. Терентьевым [10] изучалось распространение усталостных трещин в пластинах сечением 100X4 мм из стЗ. Испытания проводили на пульсаторе типа ГРМ-1 в условиях повторного растяжения с частотой 400 циклов/мин. Для локализации места распространения трещины в центре образца просверливали отверстие диаметром 1,2 мм, от которого и начала расти усталостная трещина. Наличие такого отверстия практически не уменьшало общую долговечность образца. Замер усталостной трещины проводился в процессе испытания с помощью отсчетного микроскопа МПБ-2, позволяющего замерять трещину длиной 0,05 мм. [c.100]

Распространение усталостных трещин в тонких пластинах сопровождается переходом к переориентировке всей поверхности излома под углом около 45° к плоскости пластины еще до начала быстрого разрушения. Развитие трещины происходит в условиях перемещения берегов трещины по типу /jm при одноосном растяжении. Такая же ситуация реализуется в случае комбинированного не одноосного нагружения тонкой пластины, т. е. она не зависит от условий внешнего воздействия, а присуща поведению материала в некотором диапазоне толщины испытываемой пластины. Происходит самоорганизо-ванный переход через точку бифуркации, когда материал стремится понизить затраты энергии на реализуемый процесс разрушения и использует для этого большую работу пластической деформации, которая имеет место при продольном сдвиге. Доказательством сказанного являются результаты известных экспериментов, например [77-79]. На участке перехода от преимущественно плоского к переориентированному под углом около 45° излому отмечается небольшое снижение темпа роста трещины. Ее величина может даже оставаться постоянной. Это отмечается в алюминиевых, никелевых и титановых сплавах, что свидетельствует о едином поведении системы в виде пластины с развивающейся в ней усталостной трещиной. С увеличением длины трещины снижается степень стеснения пластической деформации вдоль фронта трещины, до.яя плоской поверхности излома по сечению уменьшается, что позволяет реализовать большую работу пластической деформации перед продвижением трещины. [c.109]

Во всех случаях при вариациях соотношением главных напряжений в диапазоне -1,0 < 1,0 имело место формирование усталостных бороздок, шаг которых соответствовал измеренной СРТ по поверхности крестообразной модели вдоль ее траектории. При одновременной вариации нескольких параметров цикла нагружения можно подобрать такое сочетание их величин, что процесс распространения усталостной трещины будет эквивалентным для разных ориентировок траектории трещин в пространстве (рис. 6.18). На основании этого были проведены расчеты поправочной функции f(X(5, [Л = 0,5]) и определены эквивалентные характеристики процесса распространения усталостной трещины в поле двухосного напряженного состояния для различного расположения в пространстве плоскости излома в центральной части образца. Независимо от ориентации трещины кинетически процесс распространения трещины является эквивалентным и описывается единой кинетической кривой (5.63) и (5.64) (рис. 6.19). Некоторое смещение представленных кинетических кривых относительно указанной единой кинетической кривой связано с влиянием толщины пластины на закономерности роста усталостных трещин, которые не рассматривались при построении представленных кинетических кривых. Единая кинетическая кривая введена для описания поведения сплавов на основе алюминия при толщине пластины не менее 5 мм. [c.317]

Первый закон распространения усталостной трещины был предло жен Хэдом в 1953 г. [187—189]. Он воспользовался механической моделью, в которой впереди кончика тре1Дины имеются жесткоплас-тические упрочняющиеся элементы, а во всей остальной части бесконечной пластины — упругие элементы. Из этой модели после трудоемких вычислений получается закон, который для случая низких напряжений может быть записан в виде [c.148]

Кроме применения металлов с малой скоростью распространения усталостных трещин можно указать ряд конструктивных мер, приостанавливающих распространение усталостных трещи[г. На рис. 8.38, а представлена конструкция, состоящая из ряда пластин, соединяемых заклепочными швами в направлении действующей растягивающей силы Р. Образовавшаяся з сталостная трещина 1 может распространиться в направлении стрелок А лишь на ширину пластины, ограничиваясь ее краями. При этом хотя и произойдет догружение уцелевших пластин, однако быстрое разрушение всей конструкции будет приостановлено, а местное разрушение обнаружится при очередном осмотре конструк- [c.143]

Перейдем к исследованию поведения трещины, характеризуемой тремя степенями свободы. На рис. 4 показано последовательное изменение формы трещины в процессе усталостного нагружения, полученное Ю. Г. Ивановыдг на образце при циклическом растяжении. В начальном состоянии трещина отходит от поверхности под острым углом, однако в процессе распространения трещины угол увеличивается, постепенно превращаясь из острого в тупой, и максимальная протяженность трещины имеет место не на поверхности пластины, а в глубине Последнее свидетельствует о том, что проводимые обычно измерения длины трещины на поверхности пластины могут дать совершенно неправильное представление об истинном положении дел. [c.238]

Здесь daldn представляет собой скорость распространения трещины, которая зависит от частоты приложения нагрузки, а с и ш — постоянные величины. Коэффициент интенсивности напряжений для широкой (бесконечной) плоской пластины, начальная трещина в которой равна 2а, при действии усталостной растягивающей нагрузки с амплитудой напряжения Да можно представить в таком виде [c.181]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...