Настоящее немецкое качество!
Продукция FUNKE заслуживает внимания и высокого одобрения. Настоящее немецкое качество. Специалист по проектированию и монтажу систем наружного водопровода и канализации. Антонов А.С.

ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕЛ С УСТАЛОСТНЫМИ ТРЕЩИНАМИ (часть 2)

Описанная формула получила экспериментальное подтверждение только для весьма хрупких материалов типа стекла и кварца. Впоследствии Орованом была сделана попытка усовершенствовать формулу Гриффитса применительно к пластичным материалам. Анализ показал, что для металлов энергия пластического деформирования, которая реализуется в вершине трещины, гораздо больше (в 1000 раз и более) удельной поверхностной энергии. Дальнейшее развитие исследований по разработке методов оценки предельного состояния тел с трещинами основывается на анализе напряженно-деформированного состояния материала в вершине трещины. В зависимости от вида приложенной нагрузки деформирование пластины с трещиной может происходить по одной из основных схем. При деформировании по схеме I (растяжение) поверхности трещины расходятся друг от друга; при деформировании по схеме II (поперечный сдвиг) поверхности трещины скользят одна по другой в поперечном направлении и при деформировании по схеме III (продольный сдвиг) поверхности трещины скользят одна по другой в продольном направлении. Наиболее опасным, с точки зрения хрупкого разрушения, является плоское деформированное состояние, так как при наличии трехосного растяжения уменьшаются величина касательных напряжений и пластически деформированный объем. Переход от плоского напряженного состояния к плоскому деформированному состоянию происходит с понижением пластичности материала, увеличением размеров образца, понижением температуры и увеличением скорости приложения нагрузки. Напряженно-деформированное состояние в вершине трещины описывается с использованием методов теории упругости. Основными параметрами, которые определяют распределение напряжений и деформаций в материале вблизи вершины трещины, являются коэффициенты интенсивности напряжений при растяжении, поперечном сдвиге и продольном сдвиге. Коэффициенты интенсивности напряжений являются функциями приложенных напряжений и геометрии трещины и не зависят от координат точки в вершине трещины. Весьма важной характеристикой при рассмотрении предельного состояния тел с трещинами является удельная энергия, необходимая для образования единицы поверхности трещины, равная для плоского напряженного состояния и для плоского деформированного состояния Большое значение при использовании рассмотренного выше метода для определения критических размеров трещины в деталях имеет обоснование возможности применения для этого характеристик вязкости разрушения К и G, полученных на лабораторных образцах. Основная сложность, возникающая при этом, связана с наличием в вершине трещины в металлах зоны пластической деформации, что при достаточно больших ее размерах приводит к несоответствию между действительной картиной напряженно-деформированного состояния и вида разрушения и той, которая предполагается в соотношениях, полученных на основе теории упругости (эти соотношения получили название линейной механики разрушения). Предполагается, что для расчетов могут быть использованы только те значения коэффициентов интенсивности напряжений, которые получены при наличии в вершине трещины плоского деформированного состояния. Это достигается путем выбора образцов таких размеров, при которых для исследуемого материала реализуется это условие. Наиболее часто при определении характеристик вязкости разрушения образцы испытываются при изгибе и внецентренном растяжении. Образец для внецентренного растяжения должен иметь рекомендуемые размеры (в миллиметрах). Трещина в образце создается путем циклического нагружения при числе циклов нагружения не менее 104, чтобы исключить существенные пластические деформации. Рекомендуемые размеры трещины 0,45 < b < 0,55. Образец испытывается на разрывной машине, имеющей достаточно высокую жесткость, чтобы запас упругой энергии в системе машина—образец был минимальным. При этом строятся графики, по оси абсцисс которых откладывается величина раскрытия трещины, измеряемая с помощью специальных датчиков, характеризующая прирост трещины, а по оси ординат — нагрузка. В зависимости от свойств материала и условий испытаний вид таких графиков может быть различным. Кривая I соответствует результатам испытания высокопрочных малопластичных материалов с резким переходом от стабильного развития трещины к нестабильному. Кривая II соответствует случаю, когда разрушению предшествует некоторая пластическая деформация. Весьма часто для определения характеристик вязкости разрушения используется метод податливости. Метод состоит в определении упругой энергии А для нескольких состояний равновесия тела с трещиной. Этот метод прост в реализации, не требует знания функции, связывающей величины, которые не всегда можно установить в связи с математическими трудностями. Экспериментальные данные показывают, что в некоторых случаях величина, найденная в условиях плоской деформации, при заданной температуре и скорости нагружения, начиная с определенных размеров, мало зависит от размеров образцов. С понижением температуры она уменьшается, достигая после некоторой температуры (неодинаковой для разных материалов) постоянного значения, которое является миниальным значением коэффициента интенсивности напряжений для данного материала.