|
| |
|
Слаботочка Книги гого участка, и для определения К\с и Gic берут напряжение gq. Достоверность найденной величины проверяют по дополнительным признакам, изложенным в [20]. Величины /Cic и Gic носят название критериев Ирвина. Энергия зарождения треи,ины от концентратора G3 определяется аналогично G, но с использованием в формуле (3.49) величины g вместо / (см. § 9). При хрупком разрушении металла от концентратора, как в случае, показанном на рис. 3.38, а, для расчета используется критическое напряжение а- Для концентраторов с параллельными гранями (а = 0) величина G определяется, как для образцов с трещинами. Для концентраторов с а > О при разрушении металла, как на рис. 3.38, б, определение G3 производится путем дополнительного решения пластических задач.   А \ В ОАрО -Н-0А50-К- Рис. 3.38. Виды кривых (а, б) «напряжение - смещение» при определении /(,,(. и G, на образцах путем их изгиба (в) или растяжения (г) В качестве характеристики сопротивляемости металла началу движения трещины используют также деформационный критерий - критическое раскрытие трещины б. Понятие раскрытия трещины б освещено в § 9. Критическое значение б соответствует раскрытию в момент начала движения трещины. Для определения /Cic (/Сс), G[c (G) и б используют разнообразные по форме образцы, которые преимущественно испытывают на изгиб или на растяжение продольной нецентрально приложенной силой (рис. 3.38, б, г). Общим для всех образцов является наличие предварительно созданной трещины. Чем выше вязкость металла и ниже его предел текучести, тем более крупные образцы требуются для корректного определения указанных выше характеристик. Критерии механики разрушения применимы для оценки сопротивляемости металла разрушению не только при наличии сквозных по толщине листа трещин. В равной мере, а в практическом отношении даже чаще, эти понятия применимы также для несквозных трещин, распространяющихся от поверхности (рис. 3.39). Эти трещины при увеличении напряжения (нагрузки) растут преиму- щественно в направлении толщины, мало увеличиваясь по длине /. Даже при небольших толщинах s на большей части криволинейного фронта трещины обеспечиваются условия плоской деформации, что следует рассматривать как неблагоприятное обстоятельство, так как небольшие трещины могут оказаться критическими. При приближении фронта трещины к противоположной поверхности на участке Si, разном по размеру у различных металлов, возникают условия деформирования металла, близкие к плоскому напряженному состоянию, что проявляется в повышенной пластической деформации металла перед разрушением. Для вычисления К в зависимости от уровня напряжений и формы трещины имеются соответствующие формулы [103]. Подерхности разрушения    Рис. 3.39. Поверхностная трещина в металле Зоны сддига Рис. 3.40. Вид поверхностей разрушения образца из металла толщиной s Распространение трещин. Для оценки сопротивляемости металла распространению трещин используют разнообразные качественные и количественные характеристики. Среди количественных характеристик более объективными являются энергетические. При движении трещины в листовом металле толщиной s работа затрачивается в основном иа пластическую деформацию металла у поверхностей разрушения (рис. 3.40). Внутренние участки, находящиеся в условиях плоской деформации, деформируются меньше, чем участки на поверхности листа, где имеет место плоское напряженное состояние и возникают зоны сдвига, поглощающие значительную часть затрачиваемой работы. Чем толще металл, тем менее существенна роль сдвига в полной работе разрушения. В связи с этим следует различать работу разрушения Сд металла конкретной толщины s и работу разрушения настолько большой толщины, при котором обеспечивается условие плоской деформации Gifl образца. Индекс «д» означает движение трещины. Очевидно, что Сд > Gifl. Если в конструкции используется металл конкретной толщины, то нет необходимости определять Gip. Имеется много методов определения работы распространения трещины на образцах относительно малых размеров (10 X 10 X X 55 мм). Общим недостатком большинства этих методов является игнорирование влияния толщины металла на работу распространения трещины и использование для испытания пластичных (вяз- ких) металлов таких по размерам образцов, внутри которых «е может разместиться зона пластических деформаций, образующаяся у конца трещины в крупном образце. Эти методы должны рассматриваться в основном как средство для сравнительных испытаний металлов. Ряд этих методов предусматривает уменьшение до минимума работы зарождения трещины А, с тем чтобы вся работа разрушения, отнесенная к площади разрушения, могла рассматриваться как Ар - удельная работа разрушения при распространении трещины. Например, при испытании по методу Б. А. Дроздовского в призматических образцах сечением 10 X 10мм создают усталостную трещину глубиной до 3 мм. Широко применяются также образцы Шарпи сечением 10 X 10 мм и V-образным надрезом с малым радиусом у дна (см. рис. 3.4, б). Имеются также методы определения работы распространения трещины с использованием более крупных листовых образцов, с записью параметров процесса или с механическими приемами выделения работы распространения трещины. Основное внимание в этих методах уделяется схеме нагружения образца, по возможности лучше соответствующей реальному процессу и исключающей неучитываемые потери энергии. В других случаях для определения работы распространения трещины в элементах конструкций применяют метод тепловой волны, основанный на том, что более 95 % работы, истраченной на распространение трещины, идет на пластическую деформацию и превращается в теплоту. При распространении трещины теплота выделяется практически мгновенно на границе образовавшейся трещины и в дальнейшем распространяется, как от мгновенного плоского источника. На некотором расстоянии от места прохождения трещины заранее на поверхности металла или в глубоких тонких отверстиях приваривают электроды в виде проволок диаметром 0,2 мм, образуя, таким образом, термопары (рис. 3.41, а). Спай / должен располагаться на расстоянии v = 3 15 мм от трещины, а спай 2 - на достаточном расстоянии, чтобы, когда температура в точке / достигнет максимума (рис. 3.41, б), температура в точке 2 изменилась бы незначительно. Без учета теплоотдачи, которая в данном случае из-за малой разности температур тела и воздуха ничтожна, можно определить по формуле G, = 4,13cpArn,ax, (3.53) где ср-объемная теплоемкость. Для оцелки сопротивляемости металла движению трещины используют также различные неэнергетические характеристики: в о-локнистость излома, скорость распространения трещины. Установлено, что вязкий или хрупкий характер поверхности разрушения металла зависит от объема металла, вовлеченного в пластическую деформацию при движении трещины. Хрупкие участки соответствуют малой пластической деформации подповерхностных слоев, вязкие (волокнистые) изломы, наоборот, свидетель- 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 |