Квазихрупкое разрушение

Согласно закону фотоупругости для рассеянного света, разность квазиглавных напряжений в плоскости фронта волны пропорциональна скорости изменения оптической разности хода вдоль направления просвечивания:

Пересечение этой поверхности с произвольной плоскостью S дает эллипс с полуосями, длина которых обратно пропорциональна корню квадратному из абсолютных величин квазиглавных напряжений.

Физически явление протекает так, что плоскости колебаний преломленных лучей в среде с временной оптической анизотропией совпадают с плоскостями квазиглавных напряжений, которые различны для каждого выбранного направления просвечивания.

Для пластинок, вырезанных из идеализированной трехмерной среды или объемных прозрачных моделей, в которых «зафиксированы» деформации, главные напряжения в этой формуле могут и не быть главными напряжениями в рассматриваемой точке, являясь лишь квазиглавными. Поэтому зависимость между двойным лучепреломлением и напряжениями можно сформулировать следующим образом: при прохождении света через прозрачные однородные изотропные материалы с напряжениями, не превышающими предела упругости, величина относительной разности хода двух составляющих света с колебаниями во взаимно перпендикулярных направлениях пропорциональна толщине материала в направлении просвечивания и имеющейся в рассматриваемой точке разности квазиглавных напряжений в плоскости, перпендикулярной линии просвечивания.

пути света; 2) изменение квазиглавных напряжений; 3) преломление света на входе и на выходе из пластины. Влияние последнего эффекта г) особо важной роли не играет и может быть исключено помещением пластины в жидкость с показателем преломления, равным показателю преломления материала модели.

Как было установлено для целлулоида [7, 8], и при одноосном, и при двухосном напряженном состоянии относительное запаздывание можно выразить в виде нелинейной однозначной функции разности главных напряжений, если при этом не происходит разгрузки. В случаях же разгрузки эта зависимость становится многозначной. Тогда, для того чтобы по величине измеренной разности хода определить разность главных напряжений, необходимо знать историю нагружения в каждой точке. Что касается параметров изоклин, то в [9, 10] показано, что в целлулоиде изоклины определяют направление квазиглавных напряжений независимо от того, возникают ли в нем упругие или же пластические деформации, а также независимо от истории нагружения. Это наблюдалось даже тогда, когда история изменения напряжений включала поворот квазиглавных осей и резкие изменения напряжений.

Зависимости для объемных моделей [41], [49]. При просвечивании по оси z элемента объемной модели оптический эффект вызывается только разностью квазиглавных напряжений aj и а2 в плоскости, перпендикулярной к направлению просвечивания:

— при неоднородном напряженном состоянии, но не меняющемся направлении квазиглавных напряжений;

— при меняющихся от точки к точке углах наклона квазиглавных напряжений; 8 =

3. Метод .замораживания*. Объемная модель изготовляется из прозрачного материала, обладающего способностью к .замораживанию". Нагруженная модель нагревается до температуры „замораживания", выдерживается при ней и затем в нагруженном состоянии охлаждается до комнатной температуры. В модели после снятия нагрузки сохраняются упругие деформации, полученные при нагреве, как и в любом вырезанном из нее срезе (пластинке). Просвечивание вырезанных срезов поляризованным светом позволяет определить разность квазиглавных напряжений и их направления; . при нагреве срезов или частей модели их размеры возвращаются к первоначальным („размораживание"), что используется для измерения линейных деформаций. Нагрузочные устройства не мешают измерениям.При исследовании напряжений быстровращающихся деталей устраняется необходимость измерений во время вращения.

где (oj— о2) и -f0 — измеряемые на срезах разности квазиглавных напряжений и параметры изоклин соответственно в плоскостях ху и xz.

Как отмечалось ранее, разрушения делят на хрупкие и вязкие. Промежуточным между ними является квазихрупкое разрушение, как наиболее часто встречающееся в реальных условиях эксплуатации конструкций. Заметим, что хрупкие разрушения реализуются не только в (природно) хрупких материалах. При определенных условиях пластичные стали могут разрушаться по механизму хрупкого разрушения в результате действия ряда охрупчивающих факторов, которые можно разделить на три основные группы: механические (большая жесткость конструкции и напряженного состояния, локальное стеснение деформаций в дефектах и концентраторах напряжений, механическая неоднородность, скорость нагружения и цикличность); внешняя среда (коррозия, радиация, низкая температура); структурные изменения (деформационное старение, распад метастабильных фаз и др.).

Квазихрупкое разрушение предполагает наличие пластическое зоны перед краем трещины и наклепанного материала у поверхности трещины. Остальной, и значительно больший по величине, объем тела находится при этом в упругом состоянии.

Квазихрупкое разрушение предполагает наличие пластической зоны перед краем трещины и наклепанного материала у поверхности трещины. Остальной, и значительно больший

1 - хрупкое разрушение; 2 - вязкое разрушение; 3 - квазихрупкое разрушение Рисунок 2.14 - Зависимость фрактальной размерности предразрушения DWOT относительной поперечной деформации \у для стали разного уровня прочности При численном моделировании процесса роста хрупкой трещины на решеточной модели показано в [23], что конфшурация трещины образует перко-ляционный кластер с фрактальной размерностью df =1,65±0,05.

вить тело прежних размеров. Квазихрупкое разрушение предполагает наличие пластической зоны перед краем трещины и наклепанного материала1) у поверхности трещины (остальной, и значительно больший по величине, объем тела находится при этом в упругом состоянии). В технике квазихрупким называют разрушение, при котором разрушающее напряжение в потто-сечении выше предела текучести, но гаже предела прочности. На рис. 1.2 показаны температурные области хрупких, квазихрупких и вязких состояний.

1 - хрупкое разрушение; 2 - вязкое разрушение; 3 - квазихрупкое разрушение

Проведенный анализ позволяет рассматривать процесс формирования усталостных бороздок последовательно в два этапа, когда имеет место линейная (квазихрупкое разрушение) и нелинейная

Представление о фрактальной Гриффит-совой хрупкой или квазихрупкой трещине свидетельствует о неизбежности формирования кластера микротрещин, размножение которых ведет к формированию фрактальных структур [151-155]. В случае роста усталостных трещин квазихрупкое разрушение у кончика трещины воспроизводится в каждом цикле нагружения вдоль всего фронта. Закон

Квазихрупкое разрушение представляет другой предельный случай, когда пластические деформации в макрообъемах материала, предшествующие разрушению, становятся очень незначительными — роль ослабления сил сцепления из-за разрыхления сводится к минимуму и можно полагать, что разрушение есть результат действия нормальных напряжений растяжения.

4. Квазихрупкое разрушение тела. Идеи Ирвина и Орована.

2)Канаун С. К., Чудновский А. И., Квазихрупкое разрушение металлов. Труды ЦКТИ, вып. 109, Л., 1971.