Критерий роста трещины

Пластическое раскрытие трещины в вершине бс в виде характеристики материала, входящее в критерий роста трещины и имеющее самостоятельное значение для оценки качества материала, было введено в работах [430, 431]. Была установлена также связь между характеристиками материала G и бс в виде [c.57]

Конечная цель всех исследований закономерностей усталостного разрушения управлять процессом распространения трещин путем его моделирования, вводя обоснованный контроль в зонах распространения трещин, сопоставляя прогноз с реализуемым процессом. По результатам контроля уточняются данные моделирования и обосновывается периодичность осмотров деталей по критерию роста трещин, а также разрабатывается система воздействия на деталь с трещиной в условиях эксплуатации или при ремонте с целью уменьшения скорости роста трещины вплоть до ее полной остановки. С точки зрения организационной структуры несомненно, что полностью система управления может быть реализована при взаимодействии многих организаций и научных направлений. Вместе с тем следует выделить решение задачи, являющейся основной, связанной с представлением о том, как ведет себя металл с развивающейся усталостной трещиной при эксплуатационном нагружении. В этом направлении выполнено множество исследований, которые обобщены, например в [6-11]. Из рассмотрения в качестве характеристики процесса разрушения скорости роста трещины и коэффициента интенсивности напряжения изучены различные внешние воздействия для множества конструкционных материалов. Однако все попытки ввести единообразное описание кинетического процесса до настоящего времени не дали положительного результата. [c.21]

Использование плотности энергии деформации dW/dVf в качестве критерия роста трещины позволило ввести представление о коэффициенте плотности энергии деформации [68]. Его вели- [c.197]

Разработаны и обоснованы требования к скорости роста трещин в материалах для перспективных самолетных конструкций. Результаты проведенных расчетов (4.2.27 - 4.2.28) показали, что для обеспечения критериев роста трещин в перспективных самолетных конструкциях требуются алюминиевые сплавы [c.436]

В задаче о распространении трещины, поставленной в рамках классических теорий континуума, соответствующие уравнения поля в принципе могут быть решены при любом законе движения вершины трещины. Однако, для того чтобы теоретическая модель правильно воспроизводила действительно происходящий процесс роста трещины, необходимы дополнительные физические предположения относительно вида критерия роста трещины. Типичным для таких критериев является требование о том, что трещина должна расти, как только некоторый элемент поля в окрестности вершины трещины (например, заданная характеристика напряженного состояния, характеристика деформированного состояния или энергии) сохраняет определенное характерное для данного материала значение, представляющее собой сопротивление материала росту трещины. [c.97]

Если задача о росте трещины решается аналитически, то необходимо при этом найти главный ( ключевой ) элемент механического поля для произвольного процесса роста трещины, а роль критерия роста трещины заключается в отборе истинного движения из класса всех динамически допустимых движений. Если же данная задача решается численно, то основной проблемой является проблема интегрирования уравнения поля шаговым методом, удовлетворяя при этом заданному условию постоянства ключевого элемента механического поля. [c.97]

При исследовании процессов роста трещины, в действительности являющихся хрупкими, или же в случаях, когда область вязкого разрушения содержится строго внутри зоны упругих деформаций в окрестности вершины трещины, чаще всего в качестве критерия роста трещины используется обобщенный критерий Ирвина, опирающийся на понятие критического значения коэффициента интенсивности. Согласно этому критерию, трещина должна распространяться таким образом, чтобы фактиче- [c.97]

Для решения проблемы установившегося роста трещины может быть также применен динамический эквивалент энергетического критерия Гриффитса. В соответствии с этим критерием рост трещины происходит таким образом, что поток энергии из вершины трещины в деформируемое тело совпадает с некоторым критическим значением. Формула Ирвина, связывающая скорость высвобождения энергии G с коэффициентом интенсивности напряжений, установленная для случая антиплоского сдвига, имеет вид [c.105]

Подчеркнем, что изменения отношения Kzd/Kz с изменением скорости движения трещины, иллюстрируемые кривыми на рис. 3, возникают исключительно из-за влияния инерции материала, поскольку реакция материала не зависит от скорости деформации, а критерий роста трещины, использованный при выводе формулы (3.34), не содержит внутренней зависимости от скорости движения трещины. Следовательно, если инерционными эффектами пренебречь, то вычисленное значение коэффициента интенсивности напряжений Кы должно быть не завися- [c.111]

Формулы (6.25) - (6.28) позволяют на основе критерия роста трещины (6.22) без труда проанализировать развитие процесса разрушения в упру-го-пластической двуслойной балке с трещиной. В зависимости от соотношения постоянных возможны следующие варианты (Q , - предельная нагрузка) [c.274]

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ПО КРИТЕРИЮ РОСТА ТРЕЩИН [c.289]

Рассмотрим возможность использования энергетического критерия роста трещины в интегральной формулировке [173, 174] для решения задач о трещинах в линейных упруго-вязких средах. Решение основано на принципе Вольтерра, справедливость которого для монотонно растущих трещин показана в работе [88. [c.200]

Критерий роста трещин [c.76]

Разрушение в результате прорастания трещин может осуществляться при сравнительно низких напряжениях. При этом деформирование происходит линейно-упруго всюду, за исключением малых прилегающих к краю трещины концевых областей, где материал перед разрушением может претерпевать большие неупругие деформации. Малость концевой области трещины влечет за собой автономность ее состояния в момент наступления разрушения напряженно-деформированное состояние в окрестности края трещины становится полностью не зависящим от приложенных нагрузок и геометрии тела [10], что позволяет сформулировать критерий роста трещины. [c.76]

Одна из основных задач механики разрушения состоит в следующем. Пусть в элементе конструкции имеется трещина и известны внешние нагрузки на этот элемент. Требуется, зная трещиностойкость материала, из которого изготовлена конструкция, на основании критерия роста трещины [c.79]

Гриффитс принял, что Тт есть константа материала. При этом (2.8) -энергетический критерий роста трещины. [c.80]

Критерий роста трещины [c.288]

Данная книга в основном посвящена анализу внешней задачи теории трещин, причем трещина трактуется как разрез по некоторой поверхности внутри тела. Кроме того, обсуждаются вопросы, связанные с наиболее употребительными критериями роста трещины. [c.6]

Направление развития трещины при хрупком разрушении так же, как и при усталостном, перпендикулярно ориентации максимальных нормальных напряжений, приложенных к зерну поликристаллического материала, примыкающего к вершине трещины (см. подраздел 2.3.2). В этом случае, как показано в подразделе 4.1.2, наиболее адекватное описание траектории развития трещины дает критерий Иоффе — критерий максимальных напряжений [435]. В работе [435] продемонстрировано весьма удовлетворительное совпадение результатов расчета по критерию Иоффе с экспериментальными данными по анализу закритического роста трещин. [c.244]

Итак, энергетический критерий начала роста трещины имеет [c.25]

Дифференциальные методы основаны на определении у вершимы трещины угла между начальным и последующим направлениями роста трещины. Считается, что каждое малое приращение нагрузки сопровождается малым приращением длины трещины, и при помощи локального критерия разрушения рассчитывается угол, определяющий линию, вдоль которой трещина увеличивает свою длину. Нагрузка, при которой трещина получает приращение длины (критическая нагрузка), также находится из критерия разрушения. Шаг трещины (приращение ее длины) должен находиться из дополнительного условия, в то время как известные локальные критерии, как правило, определяют только критическую нагрузку и угол распространения трещины. [c.192]

Простейший из критериев разрушения, который следует в этом плане рассмотреть, — это критерий Ирвина, используемый в линейной механике разрушения упругих тел. Согласно этому критерию, рост трещины происходит таким образом, что коэффициент интенсивности напряжений всегда совпадает с соответствующим критическим значением. В этом случае распределение напряжений (2.13) представляет собой полное решение, а не его некоторую асимптотику. Критическое значение коэффициента интенсивности напряжений обозначается через Кы предполагается, что оно не зависит от скорости распространения трещины. Данная связь вязкости разрушения со скоростью представляет собой тест для сопоставления с другими аналогичного типа соотношениями, выведенными из других критериев разрушения, основанными на предположении о независимости реакции материала от скорости. [c.104]

Поэтому ниже изложена другая методика, дающая основу для теоретического вывода зависимости вязкости разрушения от скорости трещины, когда критерий роста трещины связан с пластичностью материала. Здесь сначала получен один точный результат относительно динамического распределения напряжений на линии роста трещины в зоне активной пластической деформации для случая упруго-идеально-пластического материала. Далее для построения связи вязкости разрушения со скоростью динамического роста трещины использован критерий Мак-Клинтока и Ирвина [69], по которому пластическая дефор- [c.105]

Вспомним, что нагрузки g, а следовательно, и М зависят от свойств материала (сил взаимодействия поверхностей трещины и механизмов предразрушения в концевой области трещины). Поэтому можно принять, следуя Г.И. Баренблатту [10], что при увеличении внешних нагрузок подвиж-но-равновесное состояние трещины, предшествующее ее страгиванию, в некоторой точке М контура достигается тогда, когда достигается состояние автономности концевой области и величина в (2.6) принимает свое предельное значение (ТУ ) Это предельное значение и представляет собой характеристику сопротивления материала росту трещин — его трещиностой-кость. Обычно употребляют модуль сцепления К = яТУ [10] или критический коэффициент интенсивности напряжений = 7У / / [186]. Критерий роста трещины нормального разрыва, таким образом, имеет вид [c.79]

Приведенный выше анализ задачи о трещине и сформулированный на его основе критерий (1.7) относятся к так называемому силовому подходу в теории трещин [10, 186]. В случае хрупкого и квазихрупкого разрушения силовой подход равносилен энергетическому, исторически возникшему раньше в работах Гриффитса [181, 182]. Гриффитс изучал разрушение хрупких материалов и получил критерий роста трещины из следующих соображений. Деформируемое тело с трещиной при заданных нагрузках обладает определенной энергией деформации. Рост трещины сопровождается образованием новых поверхностей и, следовательно, приращением поверхностной энергии, происходящим за счет одновременного изменения (убьши) энергии деформации (поскольку предполагается, что разрушение происходит хрупко, то отсутствуют необратимые деформации и иных стоков энергии, помимо образования поверхностей трещины, нет). Пусть для образования единицы новой поверхности трещины требуется поверхностная энергия Обозначим через dU изменение энергии деформации тела при увеличении площади поверхностей трещины на 2SS. Тогда в соответствии со сказанным [c.80]

Формула Ирвина , с одной стороны, устанавливает эквивалентность силового (2.7) и энергетического (2.8) критериев роста трещин с другой стороны, она показьшает, что нет необходимости решать указанную выше последовательность задач теории упругости для отыскания 81/188. Достаточно решить одну задачу о трещине С в упругом теле В и найти распределение значений ТУ, вдоль контура трещины. [c.81]

Основной локальной характеристикой упругого поля вблизи края трещины является коэффициент интенсивности напряжений N, который в соответствии с (3.2.3), (3.2.4) определяет асимптотику нормальных напряжений азз и смещений w вблизи участков гладкости контура трещины. В частности, в терминах коэффициентов интенсивности формулируется критерий роста трещины (3.2.6). [c.105]

Временные эффекты сильно зависят от уровня напряжений и проявляются в первую очередь вблизи края трещины. Во многих случаях концевые области, где существенны временные эффекты, малы по сравнению с размерами трещины и тела, и вне них материал деформируется упруго (вязкоупругого), это позволяет сформулировать [12] квазистационарное приближение кинетической теории трещин. Согласно этой теории, если рост трещины нормального разрьша (а только этот вид трещин и будет рассматриваться в главе) происходит медленно (так что при ее продвижении на расстояния порядка нескольких концевых областей внешние нагрузки, а следовательно, и коэффициент интенсивности напряжений М, меняются мало), то скорость роста трещины и будет функцией коэффициента интенсивности напряжений (при данной среде и температуре). Эта материальная функция характеризует трещиностойкость материала. Если пользоваться обратной к ней функцией, то критерий роста трещины можно записать в виде аналогичном (3.2.6) [c.188]

Рассмотрены статика, медленный рост и динамика трещин в сплошных линейно-, нелинейно-упругих и упругопластических телах, а также в средах со структурой — в решетках, армированных (слоистых) материалах, в средах блочной структуры, где обнаруживается отток энергии от края распространяющейся трещины. Большое внимание уделено обсуждению критериев роста трещин, связи между критериями на микро-и макроуровнях. Некоторые выводы, относящиеся к интерпретации решений задач линейной теории упругости и к состоянию у края трещины, получены на основе геометрически точных соотношений для устойчивого нелинейно-упругого материала. Приведены асимптотические решения упругопластических задач, указывающие на возможность устойчивого роста трещины. Рассмотрена двухконстантная теория роста трещин при циклических нагрузках. Представлены решения автомодельных, стационарных и нестационарных задач динамики трещин для до- и сверхрэлеевского, меж-и сверхзвукового диапазонов скоростей их распространения. [c.2]

Современные теории хрупкого разрушения были созданы на основе работ Гриффитса [ ], [ ], который сформулировал критерий роста трещины в хрупком теле в терминах баланса механической и поверхностной энергий. Он рассматривал неограниченную пластину толщины В с центральной трещиной длины 21, находящуюся иод действием постоянного растягивающего напряжения сг . Гриффитс постулировал, что для образования единицы новой свободной поверхности иод действием приложенной нагрузки уменьшение потенциальной энергии тела (вследствие подрастания трещины) должно быть равно поверхностной энергии, затраченной на образование новой свободной границы тела (вследствие приращения длины трещины). Таким образом, согласно Гриффитсу, трещина растет, если освобождающейся потенциальной энергии достаточно для преодоления взаимодействия слоев атомов и образования новой свободной поверхности. [c.92]

Следует отметить, что процесс развития разрушения (рост трещины) можно представить как непрерывное зарождение макроразрушения (разрушения в объеме структурного элемента) в высокоградиентных полях напряжений и деформаций, возникающих у растущей трещины. Тогда ответственными за развитие разрушения являются по сути все те же локальные критерии разрушения (см. рис. В.1). Таким образом, если не рассматривать тело с трещиной как специфический объект исследований (чем традиционно занимается механика разрушения), а рассматривать трещину как концентратор напряжений, тО анализ развития разрушения в конструкции принципиально не будет отличаться от анализа разрушения в теле без трещины с использованием локальных критериев разрушения. Единственное отличие расчета зарождения разрушения в теле без трещины от расчета развития трещины в элементе конструкции заключается в методе определения НДС в первом случае НДС определяется непосредственно из решения краевой задачи, ва втором — на основании параметров механики разрушения. Очевидно, что это отличие не является принципиальным и связано с менее трудоемким способом расчета НДС у вершины трещины через параметры механики разрушения. В общем случае НДС у вершины трещины можно определить с помощью решения краевой задачи, например МКЭ. [c.8]

Предложенный в рамках настоящей работы подход к определению направления развития усталостной трещины, хотя и наиболее адекватно отражает физические процессы на микроуровне, в расчетном плане достаточно трудно реализуем. Сложность реализации предложенного подхода в первую очередь связана с необходимостью детализации анализа НДС до масштабов зерна поликристаллического тела. Так, при использовании МКЭ размер КЭ у вершины трещины должен быть порядка размера зерна, что приводит к существенному увеличению разрешающей системы уравнений. Упростить расчетную процедуру можно, используя критерий максимальных растягивающих напряжений Иоффе [435]. В этом случае расчет траектории проводится непосредственно с позиций механики сплошного деформируемого тела, что дает возможность не анализировать НДС до масштаба зерна, а аппроксимировать тело гораздо более крупными КЭ. Хотя критерий Иоффе не учитывает физических особенностей разрушения материала у вершины трещины, расчет по нему дает достаточно хорошее совпадение с экспериментальными результатми по направлению роста трещин усталости [180]. [c.194]

Для ответа на поставленные вопросы, а также с целью анализа применимости Г -интеграла к описанию субкритического роста трещины при монотонном нагружении нами были проведены следующие численные расчеты [130, 133]. Решалась с помощью МКЭ упругопластическая задача о развитии трещины в условиях плоской деформации. Размеры образца с центральной трещиной (рис. 4.24, в) и меха-нические свойства материала, соответствующие стали 15Х2МФА при 7 = 20°С, используемые при расчете 5 = 400 мм 2Я = 200 мм 21о=ЮО мм Е = 2Х Х10= МПа ц = 0,3 /ie=162 Н/мм. Диаграмма деформирования материала описывалась зависимостью ст, = 520 + + 596(sf) °МПа. Предполагалось, что элементарный акт продвижения трещины происходит прц выполнении критерия ло- кального разрушения у ее вершины, сфор- [c.256]

НДС, что соответствует условию Т =1 с [J рассчитывается с учетом кинетической энергии по формуле (4.81)], осуществлялись старт трещины и ее распространение в условиях возрастания внешней нагрузки (рис. 4.29,а). Критерием продвижения трещины является соблюдение автомодельности НДС в ее вершине, которое осуществляется путем выбора СРТ v dLldx. Расчет НДС осуществлялся МКЭ в динамической упругопластической постановке, моделирование развития трещины производилось в соответствии с методом, изложенным в подразделе 4.3.1. Кинетика НДС, v и Г -интеграла, вычисленного для различных типов контуров интегрирования, представлена на рис. 4.29. Видно, что для обеспечения условия автомодельности НДС в вершине движущейся трещины скорость ее роста v должна непрерывно возрастать (при данном характере нагружения). Зависимости T AL) имеют те же особенности, что и в случае квазистатического нагружения. Наиболее стабильное поведение имеет величина Т, что позволяет использовать ее [c.263]

Оживающий при нагружении контролируемого объекта дефект конструкции сигнализирует автоматически о своем статусе, что позволяет формировать правильную систему классификации дефектов по степени их опасности и адекватные критерии бракования. Однако максимальная наглядность при обнаружении дефекта проявляется лишь в том случае, когда в объекте присутствуют катастрофически активные источники АЭ. Последние свидетельствуют о наступлении конечной стадии в жизни объекта, связанной с ускоренным ростом трещины, либо с общей потерей устойчивости. И то, и другое приводит к отказу, завершающим этапом которого является разрушение объекта. Вероятность присутствия таких дефектов в промышленном объекте ответственного назначения составляет 10 -10 . [c.260]

Для трещины, которая отклоняется на угол 0 от своего первоначального нолоя ения, величина энергостока равна проекции вектора Г на направление роста трещины, и тогда критерий, определяющий начало развития трещипы, имеет вид [c.67]

Анализ роста трещин в металлах при наводоражпвании. Вторым этапом создания теории водородного роста трещин является построение условия, позволяющего по данныл о распределении водорода в зоне предразрушения определить момент локального разрушения, т. е. построение критерия локальной неустойчивости металла у вершины трещины. Это условие в общем виде таково [c.356]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...