Механика трещин

Вариационное уравнение для решения динамических задач механики трещин [c.323]

Помимо разделов, традиционно входящих в аналогичные курсы, в книгу включены разделы, учитывающие современные требования к подготовке инженера. В частности, представлены главы по теории оболочек, а также гибких пластин и оболочек, существенно расширена глава по теории пластичности и добавлены главы по вязкоупругости и механике трещин. Эти вопросы в последнее время стали особенно актуальными. [c.3]

ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ТРЕЩИН [c.370]

Определив из эксперимента постоянную С в условии (8.91), можно указать размер безопасных микротрещин для данного уровня нагружения. Отметим, что приведенные здесь сведения лишь очень бегло и схематично описывают сложную картину механики трещин. [c.186]

Систематические исследования механики трещин циклического разрушения проводят при одновременном развитии экспериментальных методов и средств (в первую очередь — автоматизирован [c.25]

Аналогичный характер имела в 1947 г. авария с крупнейшим тогда в мире газгольдером в Гамбургском порту. Подобные происшествия побудили создать новую научную дисциплину — механику трещин (механику разрушения), которая удовлетворительно объясняет многие причины рассматриваемых явлений. [c.414]

Условие (24.13), а также (24.14) получило название силового критерия предельного равновесия трещины и в современной механике трещин используется чаще энергетического критерия (24.8) и (24.9). [c.419]

Кз — третий поправочный коэффициент Туг — касательное напряжение, вектор которого параллелен фронту подрастающей трещины. Кстати, в механике трещин помимо первого (24,21) и третьего (24.23) вводят второй коэффициент интенсивности напряжений [c.429]

Перейдем к обзору инженерных конструкций. Наиболее опасными с точки зрения механики трещин следует признать крупные сооружения, имеющие обширные области равномерного распределения напряжений всякого рода строительные оболочки-мембраны, сферические и цилиндрические сосуды под внутренним давлением, сварные корпуса крупных морских судов и т. п. Именно для этих конструкций, в первую очередь, разрабатываются нормы проектирования, гарантирующие от опасности трещинообразования. Вспомним любопытный инженерный прием, когда в условиях простого или двухосного растяжения вместо одного толстого листа используют два-три тонких, имеющих суммарную толщину, равную или даже меньшую, чем исходная. Здесь, в сущности, используется закон увеличения характеристики Кс с уменьшением толщины листа. Рассмотрим другую инженерную проблему определение допускаемого размера какого-либо дефекта внутри крупной металлической отливки или поковки. Речь необязательно идет о раковине или трещине. Последние, кстати, достаточно надежно выявляются современными методами диагностики ультразвуковыми, рентгеновскими, магнитными и др.). С помощью подобного рода аппаратуры могут регистрироваться те или иные нарушения сплошности материала по какому-либо физическому параметру, хотя трещины в обычном понимании нет. Подобные дефекты иногда рассматриваются в качестве трещин в расчетах на трещиностойкость. [c.433]

Теоретический основой для прогнозирования показателей надежности в условиях накопления повреждений и развития трещин служит механика разрушения, главное направление которой - механика тел, содержащих трешины. Хотя первые классические работы по механике трещин были выполнены в 20-е годы, интерес к проблеме возник лишь в последние десятилетия, что вызвано по крайней мере двумя причинами. Во-первых, в течение длительного времени экспериментаторам не удавалось систематизировать и научно обобщить результаты испытаний материалов и конструкций при различных силовых, тепловых и прочих воздействиях. Появилась необходимость иметь более прочную теоретическую основу для описания механизмов разрушения, чем инженерные критерии прочности. Во-вторых, повысился технический уровень наблюдений над объектами в процессе эксплуатации, а также над объектами, пришедшими в аварийное состояние. Обнаружено, что во многих случаях узлы и конструкции продолжают успешно функционировать, несмотря на наличие в них усталостных трещин и других трещиноподобных дефектов. Трещины могут быть устойчивыми, их рост можно контролировать и прогнозировать. Чтобы обоснованно судить о возможности эксплуатации технических объектов с механическими повреждениями, надо было развивать механику разрушения. [c.40]

Механикой разрушения называют механику, выражающую одним параметром механические величины, такие как напряжение и деформация вблизи вершины трещины (однопараметрическое представление). Такими параметрами являются, например, коэффициент интенсивности упругих напряжений К., коэффициент высвобождения энергии G, размер пластической зоны у вершины трещины О), критическое раскрытие трещины б ( OD), коэффициент интенсивности пластических напряжений Ка, -интеграл. Эти параметры не всегда являются критериями разрушения реальных материалов при различных условиях, а скорее характеризуют способ обработки данных с помощью механики сплошных сред, чтобы рационально представить явления разрушения. В этом смысле механику разрушения можно называть механикой трещин . [c.186]

Меру повреждений можно толковать по-разному в зависимости от того, что понимать под предельным состоянием. Если за предельное состояние принять образование первой заметной макроскопической трещины, то мера характеризует плотность рассеянных повреждений. Если за предельное состояние принять полное разрушение образца (детали, конструктивного элемента) или достижение трещиной некоторого предельно допустимого размера, то уравнение типа (3.81) должно быть дополнено соотношениями, описывающими рост макроскопических трещин. Один из возможных подходов — введение двухстадийной модели накопления повреждений по типу модели (3.33). Вторая стадия описывает развитие макроскопической трещины, а вторая мера повреждений имеет смысл отношения характерного размера трещины к ее критическому размеру. Механика трещин позволяет установить конкретный вид правых частей уравнений, описывающих рост трещин (см. 3.14). [c.99]

Аналогично механике разрушения упругих тел метод сечений позволяет получить приближенные решения и в задачах нелинейной механики трещин. Запишем уравнение равновесия в задаче о растяжении плоскости с трещиной длины 2 в виде [c.87]

Разрушение является процессом, развивающимся во времени в локальных объемах металла, приводящим к глобальному нестабильному разрушению при достижении предельного состояния. Основной задачей механики разрушения является разработка метода расчета деталей на прочность при наличии развивающейся трещины. Кроме того, необходимо уметь определять 1) какой материал и в каком структурном состоянии является оптимальным для заданных условий нагружения 2) какие наиболее информативные методы и критерии следует выбрать для выявления сопротивления материала зарождению и распространению трещины 3) требования к технологии изготовления изделия, при которой повреждаемость материала минимальная 4) как проектировать изделие с точки зрения наиболее благоприятного распределения напряжений у предполагаемых дефектов и концентратов напряжений 5) историю разрушения по фрактографическим параметрам. Таким образом, механика разрушения занимает основные позиции не только в материаловедении, технологии и конструировании деталей машин и агрегатов, но и в диагностике и инспекции разрушения. Знание основных закономерностей разрушения материала необходимо и достаточно для решения перечисленных выше задач механики трещин. [c.15]

В современных, основанных на механике разрущения (механике трещин) расчетах остаточного ресурса и сопротивления хрупкому разрушению металлоконструкций используется такая характеристика трещиностойкости (вязкости разрушения), как — критиче- [c.195]

Наиболее опасная ситуация имеет место при хрупком и квази-хрупком разрушении, когда стадия стабильного развития трещины и сопутствующая пластическая деформация резко уменьшаются и происходит лавинообразное разрушение конструкции, характеризуемое минимальной работой разрушения (см. 11.5). Это состояние может возникнуть при эксплуатации оборудования при низких температурах (ниже минимальных температур, разрешенных для данных марок сталей), при деградации механических свойств, сопровождающейся снижением вязкости разрушения (охрупчивания) материала. В механике разрушения (механике трещин) в качестве основного параметра, определяющего трещиностойкость конструкций, используют коэффициент интенсивности напряжений АГ,, под которым понимается относительный рост максимальных напряжений в вершине трещины. Коэффициент Ку учитывает размер и форму элемента конструкции В, протяженность трещины I и уровень номинальных напряжений Он, т. е. [c.213]

Заинтересованного читателя отсылаем для получения дополнительных сведений в указанных областях к специальной литературе по материаловедению, физике твердого тела и механике трещин. А примеры использования классических теорий прочности рассмотрим при решении конкретных задач в рамках следующих глав данной книги. [c.156]

Это едва ли не главное понятие механики трещин. Рассмотрим его, следуя Дж. Райсу и Д. Друкеру (1967) [36, 37, 63]. Схема рассуждений та же, что и в случае дислокаций и точечных дефектов. Вычислим изменение полной механической энергии тела с трещиной при виртуальном [c.286]

А. Гриффитс, заложивший в 1920 году основы механики трещин, рассуждал примерно так при росте трещины происходит разгрузка вблизи фронта с высвобождением некой энергии С, при этом образуется новая свободная поверхность с энергией и рост трещины становится возможным лишь при С = С [23]. Трещиностойкость — так будем называть силу сопротивления — зависит от поверхностной энергии, но определяется не только ею. Больший вклад в дает работа пластической деформации у фронта — вывод Дж. Ирвина [23, 77]. Для очень хрупких материалов вроде стекла Р I Дж/м — таков порядок поверхностной энергии для многих веществ. Но в малоуглеродистой стали Р доходит до 10 Дж/м Отметим, что легированные высокопрочные стали могут иметь Р на порядок (если не два) ниже [23]. [c.289]

Рассмотрим пример, иллюстрирующий разницу традиционного подхода к оценке прочности (см, 1) и нового подхода на основе механики трещин. Плоская деформация, прямолинейный разрез у=0, х < /, напряжение на бесконечности т = (т У /. В этом случае Ку =Ол/5 7, Р Е. При/= 1м,у = 0,3,Е=2- 10 H/м [c.289]

Одно из самых известных (с 1967 г.) понятий в механике трещин выражается интегралом [c.289]

Расчет прочности тела с трещиной сводится к определению коэффициентов интенсивности (КИН). Методы расчета КИН — как аналитические, так и численные — хорощо освещены в литературе. Рассмотрим еще один подход к задачам механики трещин, разработанный автором вместе с Е.А. Кабо. [c.291]

Более сложные тесты, рассмотренные Е.А. Кабо и С. Г. Орловым с помощью метода конечных элементов, выявили эффективность предлагаемой методики расчета КИН. Эта методика позволяет учитывать сингулярность на фронте без использования специальных элементов вычислительной механики трещин [79]. [c.292]

Несмотря на проведение крупных научно-исследовательских работ и значительные успехи, достигнутые в механике трещин, разрушения конструкций продолжаются и в наше время. Так, в 1973 г. разрушился мост пролетом 336 м через реку Огайо в США. В 1976 г. произошло разрушение моста Рейхсбрюкке через реку Дунай в г. Вене. В эти же годы были зарегистрированы крупные разрушения газопроводов, в которых наблюдались трещины рекордной длины — в несколько километров. Известны многочисленные случаи возникновения трещин в конструкциях самолетов и других летательных аппаратов. [c.67]

Как уже отмечалось во введении, анализ ситуации у вершины трещины связан с рассмотрением расстояний, сравнимых с межатомными. Полученные на основании классической теории упругости решения при анализе напряженно-деформированного состояния в зоне трещины приводят к противоречиям (см. гл. П). В связи с этим представляется перспективным попытаться получить более согласованные с практикой результаты путем отказа от некоторых наиболее подозрительных с точки зрения механики трещин допущений классической теории сплошных сред. С этой целью обратимся к моментной, или несимметричной, теории упругости, истоки которой восходят к трудам В. Фойхта [33] и братьев Коссера [27] и которая получила дальнейшее развитие в современных работах Р. Миндлина [14], Р. Миндлина и Г. Тирстена [15], Р. Тунина [32], В. Новацкого [19], Э. Л. Аэро и Е. В. Кув-шинского [2], В. А. Пальмова [21]. [c.94]

Скорость разрушения определяется кооперативными процессами, прол исходящими на микро- и макроуровнях, и поэтому необходим учет как прочности межатомной связи в бездефектной кристаллической решетке, так и характеристик прочности и пластичности материалов с дефектами — дислокациями, вакансиями и т. п. на микро- и макроуровнях с учетом влияния исходной структуры на характеристики прочности и пластичности. В связи со сложностью поставленных механикой разрушения задач прямого эксперимента недостаточно для определения общих закономерностей разрушения материала с трещиной, а требуется привлечение подходов физики разрушения, позволяющих вникнуть в суть механизма явления. Но и это о мало, так как необходимо учитывать сложные по своему содержанию микропроцессы, оказывающие неоднозначное влияние на макропроцессы, определяющие в конечном итоге скорость разрушения. Переход от микроразрушения к макроразрушению может быть достигнут путем учета масштабного подобия. Это требует привлечения к а 1ализу механики трещин наряду с физикой прочности также теории подобия и анализа размерностей [28, 29]. Для применения теории подобия необходимо иметь большой объем предварительных данных и конкретных физических идей, позволяющих вывести уравнение, определяющее процесс. Если уравнение не удалось вывести, то применяют анализ размерностей [29]. Подходы механики разрушения позволяют рассматривать процесс разрушения как автомодельный, что упрощает решение задач механики трещин, ибо в условиях автомодельности необходимым и достаточным условием обеспечения подобия локального разрушения является использование только одного критерия подобия. К тому же теория подобия является своеобразной теорией эксперимента, так как позволяет установить, какие параметры следует определять в опыте для решения той или иной задачи [28]. Неучет этого фактора при определении критериев линейной механики разрушения привел к известным трудностям и к необходимости раздельного определения статической Ki . динамической Кы и циклической /С/с трещиностойкости. Однако каждый из указанных критериев, определенных экспериментально, без учета подобия локального разрушения, даже при одном и том же виде нагружения часто не дает сопоставимых значений из-за влияния степени стеснения пластической деформации на микромеханизм разрушения. [c.41]

Действительно, на некотором этапе этого процесса, как уже упоминалось, микроповреждеяия объединяются в макротрещины. Можно отказаться от детального изучения возникновения и развития сети микроповреждений (распределение которых по телу должно представлять поле параметра со, фигурирующего в (4.39)), если хотя бы ориентировочно известны начальные размеры и положение макротрещин. А это во многих случаях и в самом деле можно указать довольно точно без детального анализа начальной стадии процесса разрушения (существенное значение имеет тот факт, что между микро- и макротрещинами нет резкой границы часто разрывы в кристаллической решетке с размерами порядка десятков ангстрем оказывается возможным трактовать на языке механики сплошной среды). В результате задача о разрушении тела сводится к задаче о равновесии (или движении) тела с трещинами, определению сопротивления распространению в теле заданной системы трещин и тому подобным вопросам, служащим предметом механики тела с трещинами или, короче, механики трещин. [c.137]

В модели Баренблатга многое отличается от обычной механики трещин [c.296]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...