|
| |
|
Слаботочка Книги величина ерр может быть приближенно вычислена по формуле 8ер.рЯ0,8ер. (3.41) Показатель пластичности е характеризует не только пластические свойства металла, но также и влияние радиуса концентратора, угла а перехода от шва к основному металлу в образцах (рис. 3.35, а, б), толщины металла s или шва Sj. Таким образом, ерр отражает совместное влияние различных параметров сварного соединения, в том числе и механической неоднородности, вызванной термическим и деформационным циклами сварки. Для образца с непроваром может быть вычислен критический коэффициент интенсивности деформаций по формуле (3.37). Коэффициент Vp отра- жает только свойства метал- ла и геометрические особен- ности зоны конца непровара jp--Г/Т" (радиуса непровара). Значения Vp могут использоваться Рис. 3 36 Схема испытаний двух скреп- Как характеристики сопро-ленных между собой образцов тивляемости ЗОНЫ концентра- ции сварных соединений разрушению, отражающие влияние термического цикла сварки и радиусов перехода к основному металлу, и применяться для выбора технологии, режимов сварки и термической обработки. При ударных испытаниях момент образования трещины зарегистрировать трудно. В этом случае может быть применена схема испытания нагружением силой Р двух образцов, соединенных жестко между собой (рис. 3.36), при которой пуансон имеет плоскую площадку и тем самым обеспечивает равные деформации обоих образцов вплоть до разрушения одного из них. По изгибу неразрушившегося образца определяют ер Кроме рассмотренных выше силовых и деформационных характеристик сопротивляемости металла зарождению трещины в концентраторе используют также энергетические характеристики: работу зарождения трещины (Дж) и энергию зарождения трещины Gg (Дж/м). Работу зарождения трещины Лз можно определять на образцах разнообразной формы и размеров, но эта характеристика сильно зависит от вида образца и может использоваться только для сравнительных испытаний различных металлов, зон сварных соединений при неизменном типе и размерах образца. Для этой цели часто используют призматические образцы сечением 10 X 10 мм и длиной 55 мм с односторонним надрезом глубиной 2 мм, которые испытывают на изгиб, нагружая образец силой Р и измеряя прогиб /. Схема испытаний и диаграмма представлены на рис. 3.37. Площадь ОАВ пропорциональна работе изгиба образца до появления трещины; площадь АБС пропорциональна упругой энергии, накопленной в образце к началу его разрушения; площадь BAD характеризует работу Лр, затрачиваемую на распространение треп,ины по телу образца. Суп,ествует ряд методов для определения Л, и Лр [23]. Энергия зарождения треп,ины от концентратора тесно связана с величинами G и dc, определение которых рассматривается ниже применительно к стадии начала движения трещины. Отличие их состоит в том, что Gc и Gu относятся к стадии начала движения разрушения от имеющейся трещины, а G3 - к моменту появления трещины от какого-либо концентратора. Начало движения имеющейся трещины. При растяжении бесконечной пластины с трещиной длиной / трещина начинает распространяться после того, как напряжение о достигло определенного (критического) уровня, при котором соблюдается равенство приращений работы, поглощаемой на разрушение металла, и энергии упругих деформаций пластины, освобождающейся при подрастании трещины. Впервые ука- занное энергетическое условие для идеализированной схемы разрушения рассмотрел Гриффите. Тело предполагается идеально хрупким, т. е. энергия расходуется только на образование новой поверхности (поверхностного натяжения). Если в сплошной
ж Рис. 3.37. Определение работы зарождения А- и работы распросгранения Лр трещины при изгибе надрезанного образца растянутой пластине толщиной, равной 1, образовать тренщну длиной /, то потенциальная энергия в пластине уменьшится на [/ = я/2а2/(4£). (3.42) Появление новых поверхностей сопровождается затратами энер- где G-энергия поверхностного натяжения. Суммарное изменение энергии составит [/s =nW/(4£)-G/. (3.43) (3.44) Если энергии будет освобождаться больше, чем поглощаться, трещина начнет самопроизвольно двигаться без увеличения напряжения. Это соответствует моменту равенства приращений энергии, т. е. = 0. (3.45) Дифференцируя (3.44), получаем n/a7(2£)-G = 0. (3.46) Отсюда получим формулы для критического напряжения и критической длины трещины: а,р = 1/2С£/(я/); (3.47) /,р = 2С£/(яа2). (3.48) Из (3.46) также получим критическое значение энергии Се = я/а7(2£). (3.49) Подобные выкладки справедливы и в том случае, если считать, что энергия расходуется не только на создание поверхностного натяжения, но и на пластическую деформацию металла у концов трещины. Это формально не изменяет ход рассуждения. Таким образом, при испытании образца в виде пластины с трещиной достаточно зарегистрировать значение напряжения в момент начала движения трещины, чтобы вычислить затем по формуле (3.49) характеристику металла g. Для оценки свойств металла используют также критический коэффициент интенсивности напряжений Кс - силовую характеристику, связанную с полем напряжений у конца трещины: Kc = Vg:E. (3.50) С учетом (3.49) получим Кс = оУл1/2. (3.51) Не следует смешивать начало движения трещины, связанное с разрушениями частиц металла по мере роста нагрузки и зоны пластических деформаций у конца трещины, с началом движения трещины по энергетическому условию, когда напряжения в образце достигают максимально возможного для конкретного образца значения. Зависимость (3.50), если выполняются условия плоской деформации, записывается следующим образом: /(ie = l/Gie£/(l-.u2). (3.52) при испытании нагружением силой Р образцов крупных размеров их разрушение наступает внезапно на линейном участке диаграммы (рис. 3.38, а) и определение Kic и Gic как раз соответствует моменту максимальных средних напряжений о. Перемещение V регистрируют напротив надреза с трещиной на базе АВ (рис. 3.38, б, г). Если при определении и Gic используют образцы меньших размеров, то либо условия плоской деформации выдерживаются не полностью, либо область пластических деформаций у конца трещины становится большой и диаграмма перестает быть линейной (рис. 3.38, б). В этих случаях энергетические затраты на разрушение крупного образца и образца ограниченных размеров до состояния, соответствующего точке С, могут не совпадать. Поэтому применяют условную процедуру обработки результатов испытаний, проводя линию ON на 5 % ниже линии упру- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [39] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |