Анизотропия характеристик разрушения

АНИЗОТРОПИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРУШЕНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ [c.128]

Исследования структуры сплавов с различным содержанием алюминия показали, что основное влияние на анизотропию характеристик разрушения в сплавах, легированных более чем 6 % А1, оказывает вытянутость кристаллов -фазы и наличие ориентированных высокодисперсных выделений Ог-фазы. [c.130]

АНИЗОТРОПИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРУШЕНИЯ [c.335]

Анизотропия характеристик разрушения обусловливается либо наличием преимущественных кристаллографических ориентировок (вследствие анизотропии монокристаллов), либо волокнистым строением металлических изделий при наличии в структуре вытянутых хрупких структурных составляющих и включений. При растяжении вдоль включений (вдоль направления горячей деформации) их влияние до образования шейки проявляется слабо, главным образом, за счет концентрации напряжений около контура включений. После образования шейки, в результате возникновения объемного напряженного состояния, ослабляющее влияние включений проявляется сильнее за счет воздействия на них поперечных напряжений. В случае растяжения в поперечном направлении включения существенно уменьшают эффективное рабочее сечение образца, и их влияние проявляется уже в упругой области и на стадии начальной пластической деформации и может произойти хрупкое или малопластичное разрушение вследствие воздействия растягивающих напряжений по поверхности металл — включение. [c.336]

Все другие механические свойства в большей или меньшей степени структурно, чувствительны и анизотропны. Резкая анизотропия упругих и других механических характеристик присуща многим неметаллическим материалам, что определяется их ориентированным строением. Некоторая анизотропия свойственна и большинству металлических материалов. Уровень прочности, пластичности, выносливости и характеристик разрушения обычно в продольном направлении относительно оси деформации полуфабриката выше, чем в поперечном. Однако для некоторых, например титановых, сплавов характерна обратная анизотропия. Наблюдается значительная разница в пределах текучести при растяжении и сжатии у большинства магниевых деформируемых сплавов [c.46]

Как видно из полученных данных, характеристики трещиностойкости основного металла при распространении трещины поперек прокатки (№ 1) выше в 1,3 раза, чем с продольной трещиной (№ 2), излом имеет более вязкий характер (ср больше в 2,2 раза) и более выраженные расслоения по толщине. Отмеченная анизотропия вязкости разрушения наблюдается и на биметаллических образ- [c.134]

Очевидно, что даже в случае ортотропного тела определение перечисленных двенадцати характеристик слишком громоздко, и поэтому для практических целей чаще всего используют приближенные коэффициенты для оценки степени анизотропии. Самой распространенной на практике до сих пор является оценка по величине отношения поперечной прочности к продольной, что во многих случаях недостаточно. Такая оценка, однако, удовлетворительна только для характеристик связанных с отрывом, например, для сопротивления хрупкому разрушению. Ценные сведения об анизотропии сопротивления разрушению может дать анализ изломов, например, ориентировки положения поверхностей разрушения, по которым не действуют наибольшие напряжения. [c.340]

Следует отметить, что мало исследовано влияние анизотропии на кинетику процесса разрущения при различных видах нагружения [7] и на сопротивление усталости по начальному и полному разрушению. Кинетический подход позволит раздельно оценить влияние анизотропии на процесс повреждаемости и на процесс распространения трещины, что, в свою очередь, позволит оценить локальные свойства материала по характеристикам разрушения. Важнейшей задачей остается уточнение теорий прочности, пластичности, ползучести, усталости и разрущения анизотропных материалов. При этом в известной мере могут быть использованы идеи и гипотезы, лежащие в основе подобных теорий для изотропных тел с учетом рассмотренных особенностей анизотропных материалов. [c.343]

При установке датчиков относительно дефекта на расстоянии, в 5-10 раз превышающем его размеры, особенности акустической эмиссии, связанные с анизотропией, исчезают. Возрастает однозначность связи параметров разрушения конструкции с характеристиками эмиссии. [c.195]

Деформационная (вторичная) анизотропия наиболее часто возникает в металлах после обработки давлением. Остаточные изменения свойств, возникающие при пластической деформации металла, различны в разных направлениях, т. е. анизотропны. Это объясняется разной величиной касательных напряжений, действующих по различно ориентированным площадкам и обусловливающих различную степень пластической деформации. При этом очевидно, что наибольших различий следует ожидать не между продольным и поперечным (по отношению к направлению вытяжки) направлениями, а между продольным и диагональным. Оценка степени анизотропии металла, обработанного давлением, по соотношению характеристик продольных и поперечных свойств не только недостаточна, но и ошибочна, поскольку экстремальные величины характеристик часто получаются для промежуточных (чаще всего диагональных) направлений. Для металлов при кратковременном статическом нагружении следует различать анизотропию упругой деформативности, пластической деформативности, сопротивления малым пластическим деформациям, сопротивления большим пластическим деформациям и разрушения. Металлы могут быть изотропны в отношении одних свойств и анизотропны в отношении других. Наиболее сильно анизотропия металлов проявляется в отношении пластической деформативности и при разрушении путем отрыва. Анизотропия обнаруживается и при динамических испытаниях металлов. [c.26]

Материал однороден и начально изотропен. В процессе упругопластического деформирования в нём может возникать только деформационная анизотропия. Материал может быть чувствителен к виду напряжённого состояния, т. е. иметь различные характеристики пластического поведения и разрушения, например, при растяжении, сжатии, сдвиге. В процессе деформирования возможно как упругое, так и пластическое изменение объёма материала. [c.54]

В общем случае характеристики, связанные с разрушением, обычно показывают большую анизотропию, чем характеристики пластической области деформирования. В особенности это касается характеристик конечной пластичности. [c.335]

Для более полной оценки анизотропии прочности и ее учета при расчетах следует сопоставлять поля сопротивлений материала с полями действующих напряжений [18]. Дело в том, что ни сами величины наибольших нормальных или касательных напряжений (или деформаций), ни наибольшие сопротивления материала разрушению в отдельности не могут служить критерием прочности анизотропного материала, так как важна взаимная ориентировка этих напряжений и поля соответствующих характеристик прочности. В этом и состоит основная особенность и трудность построения теории прочности анизотропных материалов. Если поле напряжений известно или оно может быть определено, то при благоприятной взаимной ориентировке полей напряжений и сопротивлений анизотропия может быть не только не вредной, но и полезной, так как при этом эффективность использования материала будет наибольшей. Такой подход к использованию анизотропии является весьма перспективным, например для штампового инструмента. Общеизвестный принцип расположения волокон при горячей обработке металлов по конфигурации изделий без должного учета способа нагружения при эксплуатации не во всех случаях оказывается справедливым. [c.341]

Измерение твердости царапанием ранее применялось главным образом при изучении минералов. Между тем, возможность определения сопротивления разрушению и связанных с ним характеристик по испытаниям очень малого участка поверхности представляет большой практический интерес и при изучении металлов. В связи с этим, а также в связи с большим практическим значением оценки анизотропии сплавов в последнее время метод царапания получил известное распространение и для металлов [22]. Если царапание производят не конусом 90°, а более тупым наконечником, например алмазной 136° пирамидой, то может происходить не разрушение, а смятие материала с выдавливанием царапины. В таких случаях не должно быть принципиального отличия от твердости при вдавливании. [c.70]

Прежде всего, необходимо иметь в виду, что граница зерна обладает значительной избыточной свободной энергией на единицу площади [231], — это десятки (и даже сотни) эргов на квадратный сантиметр. Пусть Оц — удельная свободная поверхностная энергия металла, а бд — удельная свободная энергия на границе зерна. Тогда в случае хрупкого разрушения но зерну раб ота, необходимая для продвижения трещины на 1 см , составит около 2б(, в случае хрупкого разрушения но границе зерна эта работа должна быть равна 2бо бд. Даже если отвлечься от анизотропии зерен, естественно предполагать, что разрушение по границе зерна не имеет нри этом существенных преимуществ перед разрушением по зерну, поскольку величина бд значительно меньше величины 2а . Если же материал резко анизотропен в отношении механических характеристик, т. е. имеет ярко выраженные плоскости спайности, то совершенно очевидно, что разрушение должно происходить по телу зерен. [c.258]

Приведенные выше результаты исследования прочностных свойств сталей показывают, что схема деформации, применяемая в технологии ТМО, определяет анизотропию упрочнения, проявляющуюся как на характеристиках сопротивления пластической деформации, так и па характеристиках сопротивления разрушению конструкционных сталей. [c.68]

Несущая способность деталей может ограничиваться либо предельно допустимыми перемещениями, либо предельно допустимыми напряжениями (по разрушению) детали. В связи с этим необходимо располагать характеристиками прочности и деформативности стеклопластиков — модулями упругости и пределами прочности, их зависимостями от температуры, анизотропии, величины деформации. [c.36]

Пластические характеристики (рис. 16) и удельная работа разрушения (рис. 1в) имеют стабильную тенденцию к уменьшению (деградации) при возрастании длительности эксплуатации, причем направление, в котором происходит наибольшая деградация механических свойств материала, совпадает с направлением действия максимальных растягивающих напряжений при эксплуатации газопровода. Необходимо отметить, что анизотропия механических свойств, изначально присутствующая в металле трубы запаса (т=0) сохранилась и усилилась в металле трубы после 23-летней эксплуатации. [c.33]

Учитывая высокую химическую активность аг -фазы, ее влияние на анизотропию характеристик разрушения наиболее резко должно было проявиться при проведении испытаний в коррозионной среде. Автор работы [88] показал, что увеличение содержания алюминия в сплаве Т1—6 % А1 —4 % V с призматической текстурой в пределах марочного состава при проведении испытаний в 3 %-ном растворе МаС1 приводит к резкому снижению вязкости разрушения поперечных образцов без заметного изменения продольных образцов. [c.130]

В металлических материалах по структурному признаку различают Гомогенную и гетерогенную анизотропию [86, 87]. Гомогенная анизо-тррпия определяется типом кристаллической решетки и соответственно различием свойств кристаллов в разных направлениях. При появлении в результате деформации предпочтительной ориентировки кристаллов в поликристаллическом металле свойственное монокристаллам различие свойств проявляется во всем объеме текстурированного металла. Гетерогенная анизотропия связана с закономерно ориентированным распределением в структуре металлических и неметаллических включений, участков, отл1 чающихся по химическому или фазовому составу, а также дефектов, образовавшихся вследствие течения металла при деформации. Основное отличие титановых сплавов от других конструкционных металлов связано с гомогенной анизотропией, влияние которой на характеристики разрушения рассмотрено ниже. [c.128]

На рис. 172 в качестве примера показана анизотропия значений сге, Е а Е, а также числа гибов п до разрушения для патенти-]юванных и холоднокатаных листов стали. Видно, что направления ЯП и ПП (угол О и 90° соответственно) характерны максимальным значениям упругих характеристик, тогда как п максимально под углом 30° к НП, а минимально в направлении ПП. [c.293]

Несмотря на то, что количественные критерии, определяющие как вязкое, так и хрупкое разрушение композиционных материалов при комбинированном нагружении, еще далеки от завершения, состояние этого вопроса достигло такого уровня, при котором возможно достаточно точно предсказать поведение проектируемых или рассчитываемых конструкций, если известны основные характеристики композиционного материала. В отличие от металлов слоистый композиционный материал обладает такими особенностями, как неоднородность и анизотропия. По микроструктуре материал является двухфазным и состоит из волокон и матрицы или связующего (полимерного, металлического и др.), а макроструктура материала образуется из ориентированных слоев волокон, заключенных в связующем (рис. 3). Явления, протекающие на микроуровне, определяют формы разрушения и другие подобные характеристики материала, рднако механизм и взаимодействие этих явлений изучены еще недостаточно полно. Большинство инженерных расчетов основано поэтому на макромодели, согласно которой основным элементом материала, в котором происходит разрушение, является армированный слой. [c.67]

Перечисленные факторы приводят к рассеиванию результатов оценки прочностных свойств стеклопластиков даже при самом качественном изготовлении образцов и самой высокой технике испытаний, так как невозможно устранить источники разброса, связанные с гетерогенностью, анизотропией и статистической природой процесса разрушения этого материала. Следовательно, рассеяние характеристик прочности является неотъемлемым свойством стеклопластиков, и поэтому чрезвычайно важна статистическая обработка результатов испытания и наличие достаточного ко л и честБ а обр азцов. [c.177]

ККМ с волокнами карбида кремния. При практически равной прочности эти ККМ имеют преимущества перед аналогичными материалами с углеродными волокнами - повышенную стойкость к окислению при высоких температурах и значительно меньшую анизотропию коэффициента термического расширения. В качестве матрицы используют порошки боросиликатного, алюмосиликатного, литиевосиликатного стекла или смеси стекол. Волокна карбида кремния применяют в виде моноволокна или непрерывной пряжи со средним диаметром отдельных волокон 10 - 12 мкм ККМ, армированные моноволокном, по-лл чают горячим прессованием слоев из лент волокна и стеклянного порошка в среде аргона при температуре 1423К и давлении 6,9МПа. Керамический композит Si-Si , получаемый путем пропитки углеродного волокна (в состоянии свободной насыпки или в виде войлока) расплавом кремния, может содержать карбидную фазу в пределах 25 - 90%. Механические характеристики ККМ увеличиваются с ростом содержания Si . ККМ с волокнами углерода и карбида кремния обладают повышенной вязкостью разрушения, высокой удельной прочностью и жесткостью, малым коэффициентом теплового расширения. [c.159]

В зависимости от соотношения кристаллографических ориентировок двух составляющих кристаллов можно выделить следующие три типа бикристаллов, отличающихся характерными особенностями 1 — симметричные бикристаллы 7 и 2, когда при деформации растяжением и в упругой области, и после превращения на границе зерен не возникает концентрации напряжений 2 — несимметричные бикристаллы 1, 2 л 3, когда на границе зерен возникает концентрация напряжений вследствие упругой анизотропии 3 — несимметричные бикристаллы 4, имеющие специфическое ориентационное соотношение, когда не возникает концентрации напряжений в упругой области. Однако в этих бикристаллах концентрация напряжений на поверхности границы возникает из-за различия деформации превращения внутри каждого кристалла при возникновении мартенсита деформации. В таблице указаны характеристики деформации в каждом бикристалле и вид разрушения. Эти характеристики рассматриваются ниже. [c.124]

Рассмотрим вопросы прочности и особенности условий разрушения. В общем случае процесс длительного малоциклового нагружения сопровождается накоплением односторонних деформаций, вызываемых циклической анизотропией свойств материалов, асимметрией цикла нагружения (по напряжениям, длительностям выдер-л<ек) и т. п. Когда процесс накопления односторонних деформаций выражен, наблюдается так называемый квазистатический тип малоциклового разрушения с характеристиками пластичности,, соответствующими условиями статического (однократного) нагружения до разрыва. Как правило, в конструкциях за пределами упругости работает материал только в зонах максимальных напряжений. За счет стесненности пластических деформаций в большинстве случаев нагружения накопление односторонних деформации подавлено или отсутствует. Под действием циклических деформаций развиваются иоврех дения, приводящие к малоцикловому усталостному разрушению, когда в зонах максимальных циклических деформаций образуются макротрещины усталостного типа. [c.95]

Так как деформации многих элементов конструкций не являются плоскими из-за их недостаточной толщины, то действительная вязкость разрушения этих элементов будет больше, чем Ki - Кроме того, в массивных элементах наблюдается значительное различие (анизотропия) трещикостойкости материалов в трех направлениях. Характеристики по толщине элемента часто оказываются намного ниже этих показателей по ширине элемента. [c.428]

Феноменологический критерий прочности не должен содержать никаких ограничений относительно механизма разрушения или характера предельного состояния. Для анизотропных тел феноменологический подход имеет особенно большие преимущества, так как появляется возможность использования общего условия прочности для материалов, разных по составу и технологии, но одинаковых по симметрии свойств, и для материалов со значительной анизотропией, для которых одно и то же напряженное состояние может привести к разным по физической природе предельным состояниям, если изменяются знаки напряжений или их ориентация. Аппроксимирующий полином при этом подбирается в такой форме, чтобы его можно было представить в виде совместного инварианта тензора напряжений и некоторого тензора, содержащего характеристики прочности материала. Из уравнения предельных напряженных состояний выводятся тензориальные формулы пересчета характеристик прочности материала при повороте осей координат, отвечающие экспериментальным данным и позволяющие описать всю кривую на рис. 3.1, 3.2 или 3.4. [c.142]

Изменения предела прочности и предела текучести при изгибе, твердости быстрорежущих сталей марки R6, закаленных с различных температур, в зависимости от температуры отпуска приведены в табл. 90. Температуры нагрева под закалку, обеспечивающие наибольшую твердость и наибольший предел прочности при изгибе, тоже не совпадают, но путем вариаций температур отпуска можно установить оптимальное значение для того и другого. Предел прочности на изгиб и ударная вязкость быстрорежущей стали марки R6, полученной с помощью электрошлакового переплава, при той же твердости существенно выше тех же характеристик стали с более неоднородной структурой. Данные о влиянии трехкратного отпуска по одному часу на предел прочности при изгибе быстрорежущих сталей марок R6 (6—5—2) и R10 (2—8—1) приведены в табл. 91. Предел прочности на изгиб быстрорежущей стали типа 6—5—2, полученной путем электрошлакового переплава, в случае, почти такого же предела текучести при сжатии немного меньше, чем быстрорежущих сталей типа 2—8—1, легированных почти исключительно молибденом, но существенно больше, чем у сталей, содержащих 18 % W (см. табл. 78). Данные о влиянии температуры закалки на предел прочности при изгибе и работу разрушения при изгибе в продольном и поперечном направлениях для сталей марки R6, полученных электрошлаковым переплавом и обычного качест,-ва, приведены в табл. 92. Благоприятное воздействие электрошлакового переплава очевидно как в продольном, так и в поперечном направлениях. Значительно уменьшается анизотропия свойств. [c.225]

Пусть идеальное упруго-пластическое тело имеет трещины нормального разрыва. Тело будем считать однородным и изотропным это допущение обычно всегда принимается при изучений физических явлений, в которых неоднородность и анизотропия играют второстепенную роль. Встает вопрос о том, в какой мере количественные результаты теории, основанной на этом допущении, можно переносить на реальные материалы, представляющие собой обычно поликристаллические образования со случайным распределением в пространстве деформационных и прочностных характеристик. Этот вопрос особенно остро стоит механике разрушения, так ка характерное раскрытие трещины в ее конце, а иногда и размер пластической области, сравнимо или даже значительно меньше среднего размера зерна. Изучение же роста трещины основаГно на изучении процессов, протекающих вблизи конца трещины. Теоретические результаты [c.373]

Это общее описание поверхностей прочности предложено в [100] и широко развито в работах [48, 61, 98, 103, 213, 218, 238, 246, 251, 260] в квадратичной форме и форме высших порядков [14, 212]. Компоненты тензоров / , / т, /артвед,. .. из (4.1), ха-рактериззтющие прочность, определяются из серии экспериментов для каждого конкретного анизотропного материала. При любых последующих изменениях структуры армирования или механических характеристик элементов композиции соответствующую серию экспериментов необходимо проводить заново. Таким образом, при феноменологической формулировке критерия прочности каждый тип анизотропии требует выполнения определенной экспериментальной программы. Поэтому использование подобных критериев прочности не позволяет прогнозировать композитный материал такой структуры, при которой обеспечивалась бы либо максимальная нагрузка начального разрушения, либо максимальная несущая способность конструкции. Кроме того, при феноменологическом подходе невозможно определить и характер разрушения конструкции из композитного материала. [c.24]

Выра кенйя (156) и (157), как правило, используют для расчетов прочности элементов из хрупких и малопластичных материалов при этом в расчет вводят характеристику материала Од. Уравнения (158) и (159) справедливы для многих пластичных кон струкционных металлических материалов, находящихся в каждом из указанных выше предельных состояний — образование пластических деформаций (с использованием величины От) и возникновение вязкого статического разрушения (с использованием величины 0в). Учитывая, что вне зон концентрации напряжений плоское напряженное состояние реализуется чаще, чем объемное, уравнение (159) можно привести к уравнению (158). Так как у малопластичных конструкционных металлических материалов при статическом нагружении проявляются свойства анизотропии (предел прочности при растяжении 0вр отличается от предела прочности Ojj при сжатии), то для анализа условий разрушения используют огибающие кругов Мора (10, 13, 17] с предельными точками о р, Овс и пределом прочности при сдвиге [c.49]

Деформационно-кинетические критерии малоцикловой прочности. В общем случае малоцикдовое нагружение сопровождается на фоне реверсивных циклических упругопластических деформаций накоплением односторонних деформаций, вызываемых циклической анизотропией свойств материалов, асимметрией цикла нагружения и т. п. Когда процесс накопления односторонних деформаций выражен, наблюдается квазистатический тип малоциклового разрушения с характеристиками пластичности, соответствующими условиям статического (однократного) нагружения до разрыва. [c.100]

Для наклепанной стали и стали в исходном состоянии области (по числу циклов) переходных и квазистатических разрушений мало различаются. В искусственно состаренном состоянии переход от квазистатических разрушений к усталостным осуш,ествля-ется при меньших числах циклов. Область, где наблюдается слабая зависимость характеристики пластичности г 5 от величины напряжений, для состаренного состояния составляет всего 2-10 циклов. Увеличение долговечности в области квазистатических и переходных разрушений объясняется влиянием старения на циклическую анизотропию и ширину петли. Наклеп и старение стали ТС, усиливаюш,ие циклическую анизотропию и процесс разупрочнения материала, могут несколько снизить разрушаюш,ие числа циклов в квазистатической и переходных областях. Усталостное разрушение наклепанных и состаренных образцов, а также образцов в исходном состоянии происходит при одинаковых напряжениях. [c.63]

Химические искусственные и синтетические волокна получаются преимущественно из кристаллизующихся полимеров. Содержание кристаллической фракции в полиамидных волокнах (капрон, найлон, энант) в зависимости от условий получения составляет 50—60%, а в полиэфирном волокне — 50—75%. Прочность в продольном направлении и небольшое удлинение волокон высокополимеров обусловлены ориентацией макромолекул, кристаллизацией и значительным межмолекулярным взаимодействием. В результате ориентации улучшаются усталостные характеристики, увеличивается плотность, появляется анизотропия свойств (различие вдоль и поперек волокна). При малом диаметре волокна выдерживают без разрушения изгибы под большими углами. Как несшитые полимеры, они могут находиться в зависимости от температурной области и режима механического нагружения в хрупком, стеклообразном, вынужденно-эластическом, высокоэластическом и вязкотекучем состоянии. [c.260]

Как показали исследования И. А. Норицына [35], деформации растяжения Вд, возникающие в краевой части заготовки, могут в определенных условиях вызвать разрушение заготовки с образованием продольной трещины (рис. 57). Такие трещины могут возникать при многопереходной вытяжке без межоперационных отжигов. Из этих же исследований видно, что при многопереходной вытяжке без отжигов прочностные характеристики на растяжение в поперечном или тангенциальном направлении значительно уменьшаются. Объясняется это, очевидно, влиянием полосчатости макроструктуры и наличием элементов сдвигов в меридиональном направлении даже при вытяжке в условиях осевой симметрии деформирования (наличие анизотропии, дающей неодинаковые свойства в меридиональном направлении). [c.166]

Сопротивление вязкому разрушению. Его оценивают характеристиками предельной пластичности б, t r, а, ударной вязкостью, анизотропией вязкости и пласгачности, истинным сопротивлением разрьшу. Сопротивление вязкому разрушению способствует надежной эксплуатации ряда ответственных сооружений [c.157]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...