Эффект закрытия усталостных трещин

Эффект закрытия усталостных трещин [c.53]

Эффект закрытия усталостных трещин в ряде случаев связывают с остаточными напряжениями сжатия, обусловленными природой циклических деформаций в вершине трещины. Такой механизм отличается от предыдущих, т.к, он предусматривает закрытие вершины трещины, а вышерассмотренные смыкание беретов трещины позади ее вершины, которое препятствует уменьшению закрытия вершины при разгрузке образца. [c.55]

Эффект закрытия усталостной трещины, который проявляется на 1-й и 2 -й стадиях периода распространения усталостных трещин, может оказывать заметное влияние на кинетику распространения трещин и поэтому в ряде случаев ег о нужно учитывать. [c.55]

Каков физический смысл эффекта закрытия усталостной трещины [c.100]

Ротационные эффекты ЗАКРЫТИЯ УСТАЛОСТНОЙ ТРЕЩИНЫ [c.150]

Рассмотрен эффект закрытия усталостной трещины, для чего проведены количественные оценки влияния переходов от одного к другому на показатель степени тр. Оценки проведены около границы перехода, и поэтому они корректны с использованием соотношений (8.10) и (8.11) путем дополнительного введения соотношения поправочных функций, полученных для стационарного режима нагружения [c.416]

Р 0,001 S вес.%) после различных термообработок приведены в работе [38]. Были получены структуры с дисперсно расположенной мартенситной фазой (структура 1) и с расположением мар-тенситной фазы вокруг зерен феррита (структура 2), но с практически одинаковыми механическими свойствами. На рис. 6.20 показан механизм распространения усталостной трещины в зависимости от структурного состояния материала, а также связанного с ним проявлением эффекта закрытия усталостной трещины. Пороговый коэффициент интенсивности напряжений АК, , у стали со структурой 1 составляет 11 МПа м /2, а со структурой 2 - 6,5 МПа м / . [c.223]

Эффект закрытия усталостной трещины [c.224]

Для объяснения эффекта задержки усталостной трещины предложено несколько моделей, наиболее известными из которых считаются модель остаточных сжимающих напряжений, модель закрытия трещины, модель затупления вершины трещины 1231, 248, 2951. Ни одна из моделей не может удовлетворительно объяснить все особенности [c.172]

Зависимость (4.6) в принципе дает возможность описать влияние средних напряжений (или асимметрии нагружения), а также нестационарности нагружения на скорость роста усталостной трещины, так как эти факторы изменяют параметр и [289, 346, 354]. Но, к сожалению, следует отметить нарастание разногласий в отношении достоверности результатов измерений закрытия трещины разными методами [300, 324, 385, 418]. Одной из возможных причин большого разброса измерений закрытия трещины может быть различная протяженность фронта трещины (толщина образца) в разных экспериментальных исследованиях. Так, в работах [369, 408, 409] экспериментально показано, что доминирующее влияние на стор оказывает деформирование материала у вершины трещины в районе свободных боковых поверхностей образца. С увеличением толщины образца и соответственно протяженности фронта трещины влияние боковых поверхностей снижается и эффект закрытия трещины уменьшается, вплоть до его практически полного отсутствия в растягивающей части цикла. Для трещин с протяженным фронтом только при R — О (а не при / > 0) трещина перестает быть концентратором напряжений и в этом случае 1. [c.191]

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]

Раскрытие вершины усталостной трещины определяется уровнем остаточных напряжений, возникающих в пределах зоны пластической деформации перед ее вершиной. Это служит основанием для установления корреляции между продвижением трещины в цикле нагружения и радиусом зоны пластической деформации. Возможны две ситуации упругое и пластическое раскрытие вершины трещины. В первом случае работа пластической деформации осуществляется преимущественно перед вершиной трещины и связана в основном с формированием зоны пластической деформации. Во втором случае происходит и формирование зоны, и пластическое деформирование материала, приводящее к затуплению вершины трещины. За счет возникновения остаточных напряжений в пределах зоны пластической деформации имеет место эффект закрытия трещины, который оказывает влияние на продвижение трещины в цикле нагружения. [c.244]

Литературные данные свидетельствуют о том, что влияние размеров образцов на закономерности развития трещин может проявляться для всех трех участков диаграммы усталостного разрушения и имеет при этом сложный характер, объяснить который в рамках двумерной модели определения коэффициента интенсивности напряжений, а также без учета эффекта закрытия трещины, обусловленного цикличностью упругопластического деформирования, не представляется возможным. [c.184]

Прежде чем перейти к более детальному рассмотрению основных стадий и закономерностей распространения усталостных трещин, следует остановиться на эффекте закрытия усталостной трещины (fatigue ra k losure), впервые обнаруженном В. Элбером. Сущность этого эффекта состоит в том, что усталостная трещина может остаться закрытой из-за смыкания ее берегов позади вершины на протяжении определенной части цикла нагружения. На рис. 33 представлены схемы раскрытия бере) ов усталостной трещины. По В. Элберу смыкание берегов трещины происходит в результате наличия на них остаточной пластической деформации, поскольку при разгрузке берега усталостной трещины могут сомкнуться раньше, чем наступит полное снятие нагрузки. Этот механизм закрытия трещин характерен для пластичных металлов и сплавов, испытываемых в условиях плоского напряженного состояния (рис. 33, а, б). [c.53]

Интересные результаты были получены в работе [277], в которой в качестве параметра, определяющего скорость роста усталостных трещин, был принят эффективный коэффициент интенсивности напряжений /Сэф. рассчитанный с учетом трехмерности напряженно-деформированного состояния в вершине трещины и эффекта закрытия усталостной трещины. Однако величина /Сэф является параметром линейной механики разрушения и применима только при наличии ограниченной по размерам зоны пластической деформации у вершины трещины, что соответствует второму участку диаграммы роста усталостных трещин. Влияние же размеров образцов на скорость роста усталостных трещин наиболее существенно на первом и третьем участках диаграммы. Третий участок диаграммы соответствует высоким значениям коэффициентов интенсивности напряжений, когда для многих сплавов средней и низкой прочности характерно появление у вершины зон пластических деформаций значительных размеров. Поэтому для описания кинетики роста усталостных трещин в образцах различных размеров в высокоамплитудной области требуется применение параметров нелинейной механики разрушения. При этом необходимо выбрать такой из них, который бы в условиях упругопластического нагружения отображал реальное напряженно-деформированное состояние в вершине трещины. [c.184]

На рис. 4,9 представлена первая (припороговая) стадия РУТ, а в табл. 4.1 схема процессов, происходящих на этой стадии (применительно к ОЦК мета Лам и сплавам), составленная с учетом работ [5,19,20]. На этой схеме АК условный пороговый коэффициент интенсивности напряжений для малых трещин. Этот критерий относится к периоду зарождения усталостной трещины. Согласно Дж. Лэнкфорду [48] на ранних стадиях развития трещины ее скорость соизмерима с продвижением трещины на один параметр кристаллической решетки. Эффект закрытия усталостной трещины играет заметную роль на этой стадии РУТ. [c.122]

Из данных [23, 24] следует, что эффект закрытия усталостной трещины играет заметную роль на этой стадии РУТ. В работе [23] показано, что вне зависимости от типа кристаллической решетки существует единая зависимость между AKff и модулем упругости Е [c.122]

Закрытие усталостных трещин приводит к уменьшению амплитудного значения К, а, до Э())фсктивно1 о К ц (рис. 34), определяемого как K ff = Ктдх - Кс (К, 1 - коэффициент интенсивности напряжений закрытия трещины), а эффект закрытия трещины количественно оценивается коэффициентом открытия трещины [c.55]

Следующий фактор, который необходимо учитывать при анализе циклической трещиностойкости материалов на стадии зарождения трещины, — это эффект ее закрытия (преждевременный контакт ее берегов). На него обратил внимание Элбер [319], указавший на важность влияния преждевременного закрытия трещины на кинетику роста усталостной трещины. Для припороговой области кинетической диаграммы характерен низкий уровень раскрытия трещины, что и создает благоприятные условия для смыкания ее берегов из-за наличия на поверхности устья трещины инородных частиц, неровностей поверхности и др. Проявления и механизмы закрытия усталостных трещин рассмотрены в [320]. Мы же отметим, что эффект закрытия трещины выражается в эквидистантном смещении КДУР вправо относительно инвариантной КДУР. Роль закрытия трещины сводится к замедлению перехода от ее зарождения к ее распространению. [c.199]

Извилистая траектория трещины рассматривается в качестве доказательства того факта, что смещение берегов усталостной трещины в ее вершине происходит не только в направлении приложения нагрузки при одноосном циклическом растяжении, но и по типу Кц — поперечное смещение берегов трещины [81], как это показано на рис. 3.15б. Оно вполне естественно в силу уже указанной выше неоднородности процесса формирования зоны пластической деформации вдоль всего фронта трещины. Ее формирование происходит в условиях реализации волнового процесса передачи энергии от одной зоны к другой. Поэтому неизбежно возникновение участков с наибольшей и наименьшей концентрацией энергии. Там, где реализован максимальный уровень энергии, имеет место подрастание трещины в локальном объеме после исчерпания пластической деформации [82]. В зонах фронта трещины с минимальной концентрацией энергии происходит запаздывание разрушения по отношению к другим зонам фронта трещины, что создает предпосылки к реализации эффекта мезотуннелирования трещины (рис. 3.16). Эта ситуация может определяться различиями локальных пластических свойств материала из-за различий пространственной ориентировки кристаллографических плоскостей от зерна к зерну. Такая ситуация, например, характерна для формирования фронта трещины в титановых сплавах (см. рис. 3.166). Процесс распространения усталостной трещины в срединных слоях материала вдоль вершины трещины оказывается сложным и связан с различными эффектами, в том числе и с эффектом изменения траектории трещины, ветвлением и мезотуннелированием. В результате этого реальная поверхность излома после распространения трещины является шероховатой, что создает предпосылки в процессе роста трещины для возникновения различных эффектов контактного взаимодействия ее берегов. Они препятствуют закрытию берегов усталостной трещины, что влияет на темп подрастания трещины. [c.150]

Выявленная последовательность сигналов АЭ отражает известную последовательность процессов деформации и разрушения материала, которые реализуются в вершине распространяющейся усталостной трещины [91, 143, 144]. Они связаны с формированием скосов от пластической деформации у поверхности образца и созданием мезотун-нелей вдоль фронта трещины с последующим разрушением перемычек между ними (см. рис. 3.19). Развитие скосов от пластической деформации происходит преимущественно путем сдвиговой деформации, и раскрытие части фронта трещины в области у поверхности образца определяется модами III + I. Это наиболее простой способ поглощения и релаксации энергии деформации и разрушения. Этот процесс наиболее активен в момент раскрытия и закрытия берегов трещины, поэтому на этих этапах восходящей и нисходящей ветвей нагрузки сигналы от ротаций объемом материала незаметны. Разрушение перемычек между мезотуннелями при регулярном одноосном нагружении также связано р модами III+I, что, в свою рчередь, соответствует локализованным процессам деформации ц разрушения, р которых ротационные эффекты едва заметны. [c.173]

Итак, анализ сигналов акустической эмиссии в процессе раскрытия и закрытия берегов усталостной трещины свидетельствует о реализации ротационных эффектов в зоне пластической деформации и разрушения материала при формировании усталостных бороздок в каждом цикле приложения нагрузки. Остается теперь продемонстрировать в прямом эксперименте факт формирования усталостных бороздок именно на нисходящей ветви нагрузки. Это оказалось возможным сделать на основе представления об упругом и пластическом раскрытии берегов усталостной трещины в мезотуннелях в случае регулярного и нерегулярного нагружения соответственно. [c.174]

Один из современных подходов к объяснению эффекта прекращения роста усталостной трещины при уменьшении амплитуды цикла напряжений основан на явлении так называемого закрытия трещины. Он состоит в следующем. Изменение скорости роста трещины, связанное с изменением амплитуды напряжений, зависит от амплитуды коэффициента интенсивности напряжений ЛК. Однако величина АК, определенная по полному размаху напряжений, не является действительной, определяющей рост трещины, поскольку трещина не остается открытой на протяжении всего цикла нагружения [20]. Возникновение зоны пластической деформации у вершины трещины при максимальном растягивающем напряжении знакопостоянного цикла ведет к образованию остаточных напряжений сжатия, которые при разгрузке могут закрыть трещину [14]. При знакопеременном цикле напряжений трещина закрывается при действии сжимающих напряжений цикла, однако и в этом случае эффект возникновения зоны пластической деформации у вершины трещины приводит к более раннему ее закрытию. Истинная скорость распространения усталостной трещины зависит от так называемого эффективного размаха коэффициента интенсивности напряжений АКпф, определяемого по части цикла нагружения, в которой трещина находится в открытом состоянии. [c.31]

В условиях смазывания жидким маслом на отстающей поверхности (например, на ножке зуба) трещина вступает в зону контакта закрытой (рис. 9.7, а). Находящееся в ней несжимаемое масло действует подобно клину и увеличивает трещину на опережающей поверхности (например, на головке зуба) при подходе к зоне контакта масло из трещины выжимается — клин не образуется и рост ее замедляется (эффект Трубина). Поверхностноактивные вещества, входящие в состав многих присадок к маслам, проникают в глубь поверхности по усталостным трещинам и вследствие хемосорбции ускоряют их рост. По мере роста трещины покрывающая ее часть металла обламывается (рис. 9.7, 6) и образуется усталостная ямка. [c.197]

В работе [275] представлены материалы Исследования механизма смыкания берегов трещины методом двухступенчатых реплик в технически чистом титане. Оказалось, что смыкание вызвано отклонением траектории трещины и появлением участков сдвигового разрушения. Смыкание трещины препятствует уменьшению коэффициента инт сивности напряжений до минимального значения цикла и происходит не по всей длине трещины, а лишь в отдельных точках ее поверхности. Для изучения этого явления Пеллу и др. [276] использовали электронную фрактографию. Они установили, что в условиях плоской деформации эффекты смыкания в алюминиевых сплавах незначительны. Исследование смыкания берегов трещины в вакууме показало [277], что оно больше, чем на воздухе. Возможно, это связано с большой зоной пластической деформации при вершине усталостной трещины. Известно, что закрь1тие трещины сопровождается распространением крупных усталостных трещин. Оно рассматривается как основной фактор, определяющий влияние коэффициента асимметрии цикла при низких скоростях распространения трещины (da/dN 10 м/цикл), при которых его роль возрастает вследствие уменьшения размаха коэффициента, интенсивности напряжений [278]. Это позволяет предположить, что закрытие трещины должно иметь важное значение в процессе распространения микротрещин в прйпороговой области, причем оно может быть болёе значительным, чем в случае крупных трещин. [c.181]

Прдграммные испытания при пульсирующем цикле нагружения [166] показали, что с ростом шага усталостных бороздок увеличивается U. Величина скачка трещины в цикле нагружения в большей степени определяется величиной Къ а не величиной U. Адамс [167] на сплаве алюминия 2024-ТЗ подтвердил эффект Элбера, хотя испытания проводили при значительно более низких напряжениях. При этом он указал на значительно меньший эффект закрытия трещины. Этот результат свидетельствует о влиянии уровня напряжений на величину U. Существенно, что данные Элбе-ра о закрытии трещины были подтверждены при случайном спектре нагружения алюминиевого сплава 2024 [168]. Ис следования алюминиевых сплавов в припороговой области скоростей роста трещины показали [169], что при скоростях около 10 м/цикл пластическая деформация в вершине трещины не влияет на ее раскрытие. Шмидт и Парис предположили, что при малых значениях R в спектре случайных нагрузок для роста усталостной трещины необходимо, чтобы имелся участок диапазона интенсивности напряжений А/Со, превышающих Л/С,. Они предложили учитывать влияние асимметрии цикла на Kth с помощью следующего соотношения [c.160]

Влажность воздуха также влияет на задержку в развитии усталостной трещины в образцах [16, Бак и др. с. 101 ]. Испытанию на растяжение подвергались плоские образцы из алюминиевого сплава А1 7075-Т651 толщиной 12,5 мм, шириной 100 ми с односторонней трещиной. Коэффициент асимметрии цикла R = == A rain/Л тах =0,1. Результаты испытаний показали, что если при прочих равных условиях в ходе эксперимента перейти от сухого аргона к воздуху с 80-процентной влажностью в качестве окружающей среды, это уменьшит No в 5—6 раз. Такое уменьшение объясняют связью явления задержки с эффектом закрытия трещины при уменьшении нагрузки, так как влаж- [c.200]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...