Взаимодействие трещин

Одной из важнейших характеристик сопротивления материала трещинообразованию является величина предельной нагрузки, связанная с началом развития трещины, которое зачастую отождествляется с понятием полного разрушения. Однако это справедливо только в случае лавинообразного неустойчивого распространения. Во многих случаях взаимодействия трещин с препятствиями и границами, а также в задачах взаимодействия систем трещин, как показывают эксперименты и расчеты [98, 185, 216, 219, 309, 326, 331, 395], на значительном участке изменения нагрузки развитие трещины протекает устойчиво. Очевидно, что наличие устойчивых трещин в конструкциях и сооружениях, работающих зачастую в определенных режимах изменения внешних нагрузок, гораздо менее опасно, а искусственное усиление таких сооружений (за счет постановки заклепок,, пластин и стрингеров, высверливания отверстий на пути распространения трещин и т. д.) может значительно продлить их жизнь . [c.161]

Значительный интерес представляют задачи взаимного влияния хаотически или определенным образом ориентированных трещин, так как при любой предварительной обработке реальные материалы содержат большое число микродефектов различного рода, развитие которых под действием внешних нагрузок приводит к появлению целых систем трещин. В этом направлении детальному изучению подверглись задачи, связанные с взаимодействием трещин одинаковой и различной длины, расположенных вдоль одной оси [7, 169, 355, 357]. Например, в случае системы трещин разной длины, параллельных некоторому направлению, наибольшую опасность представляет та из них, движение которой начинается первой [169]. Во всех этих случаях механизм развития трещин подобен одиночной, развитие которой при равномерном растяжении плоскости происходит неустойчиво. Однако экспериментальные данные указывают на то, что для систем трещин в определенных условиях возможно упрочнение плоскости [53]. [c.181]

Рассмотрим еще одну задачу взаимодействия трещин, по теперь параллельных некоторой оси. Как уже указывалось, в случае системы трещин разной длины, параллельных некоторому направлению, наибольшую опасность представляет та из них, движение которой начинается первой. Приведем пример одной из таких задач, в ходе решения которой удается дать ответ на поставленный вопрос [169]. [c.190]

Взаимодействие трещины скола со структурными элементами материала обусловливает появление на поверхности разрушения многих специфических особенностей. Например, наличие двойников приводит к образованию язычков (рис. 5.1, в), Х-образных (рис. 5.1, г) и других фигур. С частицами, их морфологией, кристаллографией распо- [c.190]

Известно, что вторая дисперсная фаза влияет на энергию разрушения хрупкой матрицы тремя путями. Один из них связан с пластической деформацией вследствие высоких напряжений около фронта трещины, и эта деформация поглощает энергию при развитии трещины. Явление пластической деформации обычно ассоциируется с такими вязкими материалами, как металлы и термопласты, но, поскольку энергия разрушения даже наиболее хрупких керамик и пластиков больше присущих им поверхностных энергий [2, 13], следует предположить, что развитие трещины во всех материалах сопровождается некоторой пластической деформацией. Как будет кратко показано, пластическая деформация, обусловленная ориентацией молекул, может быть в хрупких полимерах увеличена введением дисперсных частиц эластомера. Второй эффект дисперсной фазы состоит в увеличении шероховатости поверхности разрушения вследствие нерегулярной траектории продвижения трещины [37]. Поскольку при выводе уравнений для вычисления энергии разрушения предполагается, что поверхность трещины плоская, шероховатость поверхности будет увеличивать энергию разрушения. Третий эффект обусловлен взаимодействием трещины и второй дисперсной фазы и будет обсужден в первую очередь. [c.19]

В композите зарождение дефекта и распространение трещины могут иметь место в трех возможных областях в матрице, в волокне и по границе раздела волокно — матрица. В первых двух случаях механизм разрушения аналогичен разрушению однородных материалов. Если возможен анализ напряжений в локальном масштабе, то допустимо и описание общего процесса разрушения. В последнее время начали уделять внимание теоретическим решениям задач локального взаимодействия между трещинами и включениями, например проведен (48, 62] анализ напряжений при взаимодействии трещины с отдельным сингулярным включением. [c.256]

Линейная упругая механика разрушения применима к задачам, затрагивающим взаимодействие трещин с поверхностями раздела одинаковых или разнородных материалов, взаимодействие трещин с отдельными волокнами или различные сочетания подобных взаимодействий. Применяя этот подход, можно исследовать соответствующий порядок сингулярности, функциональную форму ац и Ui от 6 и степень влияния идеализированных взаимодействий на коэффициент интенсивности напряжения. Например, в [29] показано, что для трещины, расположенной вдоль плоскости склейки, напряжения обладают логарифмический особенностью, которая, очевидно, не оказывает большого влияния на поле напряжений [30]. [c.235]

Отмечено, что моделирование локальных пластических деформаций с использованием развиваемых представлений требует знания минимум двух констант, которые необходимо определять в опытах на трещиностойкость. Подходы линейной механики разрушения позволяют находить только одну константу по Ирвину или критическое раскрытие трещины 8, по Леонову—Панасюку) [257, 258], С другой стороны, подходы линейной механики разрушения неприменимы для анализа рассеянного разрушения, когда впереди трещины возникает множество микротрещин проблема их учета связана с рассмотрением эффектов коллективного взаимодействия трещин. Как отмечено Черепановым [250, 259], решение самых простых задач этого класса пока не имеет даже качественного описания. Нет ответа и на вопрос, что является мерой повреждаемости материала при наличии в нем системы трещин. Отмечено, что мерой повреждаемости не может быть ни суммарный объем пустот, ни какая-либо другая осредненная геометрическая характеристика системы трещин. [c.143]

Исследование трещин, расположенных на границе раздела сред взаимодействие трещин с дислокациями теория устойчивого роста трещин [c.17]

Взаимодействие трещин существенно различно при различном их расположении. Наличие трещин вдоль одной и той же линии уменьшает прочность тела, уменьшая критический размер трещин при данной нагрузке. Наличие параллельных тре- [c.570]

Полученное выражение можно трактовать как условие взаимодействия трещины с собой. Кроме того, видно, что формула (3.9.6) соответствует методу весовых функций. [c.228]

Морозов Е.М. Коэффициенты интенсивности напряжений для взаимодействующих трещин./ Сб. Пластичность, прочность и сопротивление разрушению материалов и элементов ядерных энергетических установок.— М. Энергоатомиздат, 1989.— С. 21-23. [c.395]

Аналитическое исследование взаимодействия трещин в трехмерной постановке и формулировка на зтой основе и с учетом гипотезы опережающих микротрещин критериев отклонения и ветвления трещин. [c.229]

В гл. 3, написанной Р. Кимом, с помощью экспериментальных методов изучено поведение слоистых композитов до и после начала расслоения. В этой главе описываются методы наблюдения за началом расслоения и управления им, а также теории разрушения, включая взаимодействия трещин типов I и II. [c.7]

Сложные процессы зарождения и распространения межслойного растрескивания матрицы еще далеки от полного понимания, особенно в связи с механизмами взаимодействия трещин. Однако воз- [c.101]

Рис. 8. Микроструктурные исследования усталостных трещин в слоистых композиционных материалах и возможные ситуации при взаимодействии трещин с поверхностями раздела [2]

Рис. 125. Модель слоистого материала с порами на границах слоев и варианты взаимодействия трещин с порами

Решения (2.299) и (2.300) слабо учитывают взаимодействие трещин при высоких значениях и несколько лучше, если положить, что выполняются равенства [c.84]

Пример. Пусть в материале имеется начальная ориентированная система газонаполненных трещин. Характеристики материала, как и начальные размеры трещин, примем такими же, как и в примере, рассмотренном в разд. 1, а для начального давления газа в трещинах полагаем ро = = —ао = 20 МПа. Кроме того, будем считать, что в начальном состоянии пористость материала равна Шо = 0,025, что соответствует начальному значению параметра и = NRo - 0,12. Такая величина параметра говорит о малой концентрации неоднородностей, поскольку, согласно [41, взаимодействие трещин начинается примерно при значении параметра и =0,3. На рис. 5 и 6 показано изменение эффективных характеристик материала зз/ зз / о и 744/ 44 = С/Со, поскольку 1/ зз представляет собой модуль материала в направлении оси Хз, а 1/ 44 — модуль сдвига в плоскостях, параллельных оси х [6] Ео и Со - модуль Юнга и модуль сдвига материала между неоднородностями. Из рисунков видно, что примерно при азз = —15 МПа происходит скачкообразное уменьшение модулей материала и затем они быстро уменьшаются по мере снижения I аз 3 . На рис. 7 показана соответствующая кривая (азз — а з) — 633. [c.113]

Нужно отметить, что начало роста трещины нельзя отождествлять с полным разрушением. Последнее имеет место только в случае лавинообразного неустойчивого распространения. Как показывают эксперименты и расчеты, во многих случаях взаимодействия трещин с препятствиями и границами, а также в задачах взаимодействия систем трещин на значительном участке изменения нагрузки развитие трещины протекает устойчиво. Очевидно, что наличие устойчивых трещин в конструкциях и соору жениях, работающих зачастую в определенных режимах изменения внешних нагрузок гораздо менее опасно, а усиление таких сооружений за счег постановки заклепок и пластин, высверливания отверстий на пути распро- странения трещин и т. д. может значительно продлить их жизнь . Задача о подкреплении трещины поперечными ребрами жесткости была решена в работе Е. А. Морозовой и В. 3. Партона (1961). [c.380]

Анализ взаимодействия края трещины со свободной поверхностью в смысле изменения напряженного состояния в детали играет важную роль при определении критического расстояния, на котором проявляется это взаимодействие. Результаты соответствующих экспериментальных исследований приведены на рис. 254, где показано начало развития трещины хрупкого разрушения от дна надреза, отклонения трещины в сторону имитированных пор, приближение ее края к изолированной полости после сближения на расстояние одного порядка с размером полости и, наконец, взаимодействие трещины со свободной поверхностью. [c.396]

Взаимодействие трещин может приводить к эффектам которые нельзя объяснить, оставаясь в рамках модели сплошного тела. В статье [43] показано, что при растяжении тела с периодической системой трещин, изображенной на рис. 2.2, коэффициенты интенсивности напряжений для трещин, параллельных направлению растяжения тела, могут оказаться больше, чем те же коэффициенты для трещин, ориентированных в перпендикулярном направлении. Это связано с тем, что продольные трещины находятся в поле больших растягивающих напряжений, наведенном поперечными трещинами. В результате может произойти продольное расслоение тела. [c.56]

Взаимодействию трещин при различных условиях и влиянию границ тела на состояние в окрестности трещины посвящено много работ. Литература и. некоторые результаты приводятся, например, в книгах [77,117]. Разрушение упругой среды, находящейся в стесненных условиях, часто сопровождается образованием упорядоченных систем трещин. Это происходит в массивах горных пород, при высыхании поверхностного слоя грунта и во многих других случаях. Теория этого явления развивается в работах [15, 17,18]. [c.58]

Для внешней вершины трещины (точка А, рис. 10.3.2,с) отношение взаимодействующей трещины к одиночной трещине такого же размера (кривая I, рис. 10.3.2, б) получено при помощи МКЭ, а для внутренней вершины (точка В) те же отношения получены как с [c.377]

Сендецкий [56] решил задачу взаимодействия трещины со многими включениями. Возможность применения этих аналитических решений для описания поведения композитов остается пока невыясненной. При их практическом использовании возникают принципиальные трудности, в основном обусловленные тем, что теперь в области определения исследуемого взаимодействия микротрещины имеют тот же самый порядок, что и характерный размер (диаметр волокна) композитной структуры, и, кроме того, при статически неоднородной упаковке волокон не существует алгоритма для применения решения с идеализированной геометрией. В третьем случае, когда трещина находится на границе раздела волокно — матрица, характер разрушения склеенных тел, состоящих из двух различных материалов, изучен еще менее. Для определения распределения напряжений и деформаций в неоднородных унругих телах проведены многочисленные теоретические исследования, некоторые из них приведены в работах [17, 57]. [c.256]

Отдельные повернутые участки соединяются между собой механизмом взаимодействия между двумя параллельными трещинами. В результате постепенного изменения соотношения величин козф-фициентов интенсивности напряжений, соответствуюшцх отрыву Kl) и сдвигу Кщ), возникающего с изменением направления силового потока между взаимодействующими трещинами, происходит поворот концов трещины друг к другу и слияние их с образованием характерной петли соединения. Подобное взаимодействие трещин наблюдали, например, в работе [4] при растяжении образцов с двумя параллельными трещинами. [c.296]

Одним из методов визуализации напряженно-деформирован-ного состояния окрестности вершин трещины, описываемого формулами (7) и (12), является оптический метод фотоупругости. На рис. 5 представлены две типичные картины изохром в области, окружающей вершины двух взаимодействующих трещин, при смешанных типах их деформации. Много способов определения коэффициентов интенсивности Kj и Ки, отвечающих типам 1 и 11 деформации трещины, по двумерным картинам изохром в окрестности вершины трещины в плоской прозрачной модели содержится в работах [28—33]. Данную процедуру можно обратить с тем, чтобы восстановить полосы картины изохром, являющиеся линиями уровня максимальных касательных напряжений и соответствующие заданной комбинавдщ коэффициентов интенсивности напряжений с добавками высшего по- [c.24]

Решения (4.39) и (4.40) слабо учитывают взаимодействие трещин при высоких степенях наполнения с и несколько лучше, если положить, что = т(1 - l), /i = /im(l - l) (модель Ройсса) [c.84]

Согласно представлениям об электрохимической и химической коррозии, развитым в предыдущих параграфах ), рост коррозионных трещин не зависит от коэффициента Ki, роль которого сводится к разрыву поверхностной пленки вблизи конца трещины (эта пленка пронизана микротуннелями и потому менее прочна, чем исходный материал). Следовательно, при достаточно больших Ki (меньших вязкости разрушения) разрыв пленки может происходить одновременно по разным направлениям, что и является причиной ветвления трещины. Поэтому условие ветвления коррозионной трещины можно охарактеризовать некоторым критическим значением Ки коэффициента интенсивности напряжений Величина Ki в концах малых трещин, отходящих от вершины основной трещины, уменьшается вследствие взаимодействия трещин ( звездообразная трещина, см. Приложение I), так что ветвление новых трещин происходит лишь после достижения ими достаточно большой длины. По этой причине ветвление трещины упрочняет образец, так что его прочность на разрыв может быть существенно (например, в два раза [ П) больше, чем в случае одной магистральной трещины. Соответственно увеличивается и кажущаяся величина вязкости разрушения. Этим же обстоятельством объясняется характерная древообразная форма коррозионных трещин. [c.428]

Механизм образования шероховатой поверхности проясняется при микроскопическом исследовании разрушенной поверхности (рис. 6.5, увеличение в 7000 раз). В зеркальной зоне (рис. 6.5, а) трещина на своем пути пересекает множество полостей диаметром 10. .. 25 мкм. Взаимодействие трещины с этими полостями приводит к старту многочисленных микротрещин, которые не меняют направления распространения магистральной трещины. Можно утверждать, что в зеркальной зоне микротрещины, стартующие из микрополостей, не взаимодействуют между собой. В матовой зоне за счет повьпиения коэффициента интенсивности, напряжения становятся достаточными для активизации изолированных полостей и из взаимодействия между собой (рис. 6.5, б). При этом возникает множество параболических фигур, что характерно для пересечения полостей и трещины, распространяющихся с одинаковой скоростью. Конфигурация этих парабол указьшает на трехмерный характер их распространения. Таким образом, в матовой зоне еще до прихода магистральной трещины образуется ансамбль ориентированных в различных плоскостях микроразрушений, стремящихся изменить направление ее распространения. Наконец, в перьевой зоне процесс образования микроразрушений становится еще интенсивнее и охватьшает все большую зону впереди вершины трещины. Появляются ручейки , растущие в перпендикулярном трещине направлении (рис. 6.5, в). [c.167]

Для описания ветвления как процесса, связанного с эволющ1ей микротрещин, большой интерес представляют существующие решения задач о взаимодействии трещин. Эти решения хотя и являются квази-статическими, но тем не менее позволяют сделать интересные выводы. [c.174]

Прокопчук И. В., Саврук М. П. Метод сингулярных интегральных уравнений в плоских упругопластических задачах о взаимодействии трещин с концентраторами напряжений//VI Всесоюз. съезд по теорет. и прикл. механике (Ташкент, 1986) Аннот. докл.— Ташкент Изд-во Фан, 1986.— С. 526. [c.240]

На кривую для малых трещин часто дополнительно накладывается влияние замедления или приостановки роста трещины, как свидетельствует зг(штрихованная область внутри пунктирной огибающей. Считается, что указанные эффекты возникают в результате кристаллографических взаимодействий, когда микротрещины стремятся внедриться в новые зерна. Подобное торможение малых трещин границами зерен наблюдал Шелдон и др. [2611 при исследовании развития усталортной трещины в сп аве на никелевой основе. Он изучал взаимодействие трещины размером 80 Мкм с границей зерна на растровом электронном микроскопе. Было обнаружено, что при значениях Д/ Г, близких к, такая трещина стоит перед границей зерна 1 в течение 4000 циклов, затем быстро преодолевает ее. При этом зона циклической пластической деформации была равна среднему размеру зерна, поэтому ориентация отдельных зерен оказывала большое влияние на рост трещин. Удивительно, что границы зерен останавливали трещину размером 380 мкм, зона циклической пластической деформации при вершине которой была почти на порядок больше размера зерна. В работе [274] описано изменение направления роста микротрещины на обратное в результате взаимодействия на границе зерйа. [c.169]

Поэтому в [7] для определения эффективных характеристик тела с большим числом взаимодействующих трещин предложен метод, представляющий собой развитие метода само согласования. Для случая большой концентрации трещин этот метод сводится к дифференциальной процедуре, использующей формулы малой концентрации и приводящий к интегрированию системы дифференциальных уравнений. С помощью описанного метода можно находить эффективные характеристики и в случае, когда в материале имеется большое число трещиновидных неоднородностей, заполненных линейно-упругим материалом. Однако, когда среда внутри неоднородностей деформируется нелинейно, непосредственное применение метода наталкивается на большие трудности. Это связано с тем, что материал в этом случае эффективно будет вести себя как нелинейный, так что для нахождения величин в (2.1) необходимо иметь решение задачи [c.107]

Предлагаемая модель основьшается на экспериментальных исследованиях [1, 2] и работе [3], в которых рассматриваются простые растягивающие нагрузки. При этом можно считать заранее известными траектории движения трещин, располагающиеся перпендикулярно приложенным силам [1] или по границам зерен в случае [2]. В статье [4] приводятся результаты численного моделирования процесса роста микротрещин. Пренебрегая взаимодействием трещин, авторы [1,4] допускают, что состояние микротрещины характеризуется следующими основными параметрами I — длина 2 - длины отростков трещины в зернах, где расположены ее концы 1, 2 — нормализованные параметры повреждаемости в концах трещины. Величины 01, 02 считаются мерами пластической деформации в соответствующих концах трещины 31 = 1 ( 32 = 1) для трещины с растущим левым (правым) концом и 31 =0(02 =0) для трещины с левым (правым) концом, только что блокированным границей зерен. Таким образом, набор параметров х = (/, 1, 12,0, Р2) удовлетворяет условиям / > 0 1, 12> О, О 01, 02 1 Естественно выделить три типа трещин с параметрами = [c.165]

В области малых давлений ударного сжатия оргстекло является достаточно хрупким материалом и разрушается путем роста дискообразных трещин, которые зарождаются на твердых и газовых включениях, присутствующих в исходном материале [55]. Форма волновых профилей при малой интенсивности нагрузки достаточно типична для откола в твердых телах. Некоторой особенностью, характерной для этого материала, являются мелкомасштабные осцилляции скорюсти на откольном импульсе. Вероятно, появление этих осцилляций связано с образованием, ростом и взаимодействием трещин в зоне разрушения. [c.207]

Попытку объяснить взаимодействие трещин сделали в своей работе Будянский и О Коннел [130]. При оценке они вычисляли потерю энергии, создаваемую единственной изолированной трешлной в бесконечной среде, имеющей эффективные свойства трещиноватого тела. Они рассчитывали потерю энергии, обуслов- [c.83]

Закономерности взаимодействия трещин исследованы главным-образом применительно к случаю линейного расположения инициаторов разрушения. Так, в работе [236] при растяжении плоских образцов с коллинеарными сквозными трещинами НДС вблизи вершин трещин определяли экспериментально с помогцью цепочек фольговых тензо-резисторов с базой 0,5 мм, а также путем численного анализа (МКЭ). При упругом уровне нагружения изменения коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) у вершин двух сближающихся трещин одинаковой длины представлены на рисЛО.3.2,6 . [c.377]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...