Материала распространению

Гриффите предполагал, что величина 6Г есть поверхностная энергия твердого тела, имеющая ту же физическую природу, что и для жидкости. Однако впоследствии выяснилось, что затраты энергии при создании ноных поверхностей при развитии трещины связаны главным образом с работой пластической деформации объемов материала, расположенных перед фронтом трещины. Если линейные размеры этих объемов малы сравнительно с длиной трещины, то поток упругой энергии по-прежнему можно вы числить, сообразуясь только с упругим решением, а затрату энергии на разрушение относить теперь к работе пластической деформации. В этом состоит концепция квазихрупкого разруше-

где />„ - основное нормативное давление, действующее перпендикулярно поверхности воронки по формуле (16.6); q" - основное нормативное вертикальное давление сыпучего материала по формуле (16.4); рв - вес части воронки и сыпучего материала, расположенных ниже плоскости рассматриваемого сечения; Д, - диаметр воронки в рассматриваемом горизонтальном сечении; a - угол наклона образующей воронки к горизонту; п , т - см.формулу (16.34); а = 1; 1,25 и 2 для силосов соответственно для зерна и продуктов комбикормовой промышленности, для муки и отрубей, для остальных сыпучих материалов.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев — основной вид разрушения закрытых передач. Возникает оно в результате действия повторно-переменных контактных напряжений в слоях материала, расположенных на незначительной (0,1 мкм)

При осесимметричной деформации в стержне с кольцевой выточкой в объемах материала, расположенных непосредственно у вершины выточки и далее в точках характерного сечения, также возникает трехосное напряженное состояние с различными соотношениями главных напряжений одного знака, но степень локализации местных деформаций отличается от степени локализации деформаций в подобной зоне аналогичного по форме и геометрическим параметрам концентратора напряжений в пластине при плоской деформации.

Так как углы наклона винтовых линий правильной прямой винтовой поверхности шнека изменяются от aD на периферии до 90° в центре шнека, то осевое перемещение частиц материала, расположенных в радиальном направлении, будет неодинаковым — от h на периферии до 0 в месте, где угол подъема винтовой линии равен «о = (90° — ф). Для практических расчетов достаточно принимать среднее арифметическое значение углов подъема винтовых линий на периферии aD и у вала а<г шнека, т. е.

В соответствии с видом применяемых фильтровальных материалов последние фильтры можно разделить на два основных типа: в первом частицы загрязнения задерживаются в основном на поверхности фильтровального материала, а во втором — в порах капилляров фильтровального материала, расположенных на большей или меньшей глубине от поверхности. Хотя строго разграничить фильтры по этому критерию невозможно, в практике различают поверхностные и глубинные фильтры. К первым относятся металлические пластинчатые и сетчатые, а также тканевые и бумажные фильтры, а ко вторым — фильтры с набивочным фильтрующим элементом.

При осесимметричной деформации в стержне с кольцевой выточкой в объемах материала, расположенных непосредственно у вершины выточки и далее в точках характерного сечения, также возникает трехосное напряженное состояние с различными соотношениями главных напряжений одного знака, но степень локализации местных деформаций отличается от степени локализации деформаций в подобной зоне аналогичного по форме и геометрическим параметрам концентратора напряжений в пластине при плоской деформации.

Гриффите предполагал, что величина 6Г есть поверхностная энергия твердого тела, имеющая ту же физическую природу, что и для жидкости. Однако впоследствии выяснилось, что затраты энергии при создании новых поверхностей при развитии трещины связаны главным образом с работой пластической деформации объемов материала, расположенных перед фронтом трещины. Если линейные размеры этих объемов малы сравнительно с дли-пой трещины, то ноток упругой энергии по-прежнему можно вычислить, сообразуясь только с упругим решением, а затрату энергии на разрушение относить теперь к работе пластической деформации. В этом состоит концепция квазихрупкого разруше-

можно разделить на два основных типа: в первом частицы загрязнителя задерживаются главным образом на поверхности фильтрующего материала, а во втором — в порах капилляров этого материала, расположенных на большей или меньшей глубине от поверхности. Фильтры первого типа получили название поверхностных, второго — глубинных.

Как мы уже отмечали, Гриффите предполагал, что величина 6Г есть поверхностная энергия твердого тела, имеющая ту же физическую природу, что и для жидкости. Такая трактовка работы разрушения не позволяла учесть некоторые важные детали процесса разрушения. Вот одна из этих деталей. Когда трещина развивается, то в более или менее обширной окрестности ее кончика всегда происходят необратимые, пластические деформации .материала. Венгерский ученый Е. О. Оровап, проводя эксперименты на плитах из малоуглеродистой стали с нанесенными трещинами, отчетливо видел, как происходят такие деформации. Орован заметил, что пластическая деформация сосредоточивается в тонком слое вблизи поверхности трещины. Подобное разрушение было названо квазихрупким. Таким образом, затраты энергии в процессе создания новых поверхностей при развитии трещины связаны главным образом с работой пластической деформации объемов материала, расположенных перед фронтом трещины.

Предел трещиностойкости 1С - количественная мера сопротивления материала распространению трещины, представляющая собой критические значения условных коэффициентов интенсивности напряжений Кс в широком интервале глубин трещин h, определенных при максимальных нагрузках Рс, выдерживаемых образцами [15]. Величина Кс определяется на прямоугольных образцах с одной краевой трещиной при осевом растяжении.

Предел трещиностойкости 1С - количественная мера сопротивления материала распространению трещины, представляющая собой критические значения условных коэффициентов 'интенсивности напряжений Кс в ШИРОКОМ интервале глубин трещин h, определенных при максимальных нагрузках Рс, выдерживаемых образцами" [15]. Величина Кс определяется на прямоугольных образцах с одной краевой трещиной при осевом растяжении.

На соотношении (18) основан метод измерения податливости Ирвина [31], а неравенство (18'), которое определяет жесткость, естественно вытекает из неравенства (18). На практике по заданным кривым удлинение — нагрузка для ряда длин трещины (как на рис. 5, а) можно определить податливость uiIPi или жесткость Pi/ut и вычислить производную по длине трещины (рис. 5, б). Таким образом, при фиксированной нагрузке Pt (для неравенства (18)) или фиксированном перемещении ut (для неравенства (18')), соответствующих началу неустойчивости трещины, можно экспериментально определить затраченную энергию. Если бы условие разрушения соблюдалось, эта энергия в момент неустойчивости равнялась бы поверхностной энергии. Если имеется существенное расхождение между левой и правой частями и если при этом случайно окажется, что левая часть неравенства (18) постоянна для широкой области изменения А, то ее можно интерпретировать как силу продвижения трещины & [30] и считать параметром, позволяющим характеризовать сопротивление материала распространению трещины.

Вязкость разрушения, или сопротивление материала распространению трещины, может быть определена также при помощи понятия критических скоростей высвобождения энергии при продвижении трещины GIC, связанных с Kic- Многочисленные авторы (см., например, [18—23]) исследовали распространение разрушения, изучая механизмы рассеяния энергии, например выдергивание волокна, нарушение связи волокно — матрица, релаксация напряжения, разветвление трещины и пластическое деформирование матрицы. Механизмы рассеяния энергии, знание которых позволяет определить вязкость разрушения, сложны по своей природе и зависят от прочности связи волокно — матрица, типа матрицы (хрупкая или пластичная), диаметра волокна, прочности волокна и т.д. Поэтому только тщательное исследование поверхностей, образовавшихся в результате разрушения, дает основание для установления соответствия экспериментально определенных значений G,-c тому или иному механизму. Так, например, было сделано предположение о том, что вязкость разрушения стекло- и боропластиков связана главным образом с величиной упругой энергии, накопленной в волокнах, а соответствующая характеристика углепластиков на эпоксидном связующем— с работой докритического распространения микротрещины и работой выдергивания разорванных волокон.

Если предположить, что образование нераспространяющихся усталостных трещин, по какой бы причине оно не произошло, является следствием увеличения сопротивления развитию трещины с ее ростом от поверхности в глубь детали, то можно определить максимальное значение эффективного коэффициента концентрации напряжений, а по нему установить область существования нераспространяющихся трещин. Такой феноменологический подход к явлению нераспространяющихся усталостных трещин был развит в ранних теоретических работах М. Кава-мото и К. Кимуры, идея решения в которых основана на том, что большинство факторов, приводящих к остановке усталостной трещины на некоторой глубине от поверхности, можно интерпретировать как увеличение сопротивления распространению трещины с ростом ее в глубь материала. Например, уменьшение уровня напряжений с ростом усталостной трещины может вызвать ее остановку. Однако этот эффект может быть заменен эффектом упрочнения материала с увеличением глубины трещины, так как уменьшение уровня напряжений может быть расценено и как относительное увеличение сопротивления усталости. Тем же эффектом могут быть заменены и уменьшение теоретического коэффициента концентрации напряжений (например, при кручении), и увеличение жесткости напряженного состояния, сопровождающие рост трещины. Кроме того, деформационное упрочнение материала у вершины усталостной трещины с ее ростом создает условия для действительного увеличения сопротивления материала распространению трещины.

Испытания на раздир. Удельную энергию распространения трещины q определяли как энергию, необходимую для распространения трещины, деленную на площадь сечения нетто образца [1]. Эта энергия является относительной мерой сопротивления материала распространению имеющейся в нем трещине, в то время как отношение прочности на раздир к пределу текучести, как и отношение а^/сг0,2 харак-

Известно, что с уменьшением толщины металла в области вершины движущейся трещины снижается степень стеснения пластических деформаций. Вследствие этого обеспечивается переход от хрупкого разрушения к вязкому При этом существенно повышается сопротивление материала распространению разрушения. Об этом, в частности, можно судить по результатам испытаний одной и той же стали, отличающейся своей толщиной. Общая толщина испытываемого пакета была постоянной. На рис. 3, а показано изменение переходных температур (отвечающих 80 %-ной вязкой составляющей) в зависимости от толщин пластин, которые изготавливались из листа толщиной 24 мм путем его сострагивания, на рис. 3, б — аналогичная зависимость, полученная по результатам испытания одной и той же стали в прокате толщиной 24, 16, 12, 8 и 4 мм. Разница между кри-

Следует отметить, что интенсивное изучение критериев надежности материалов началось с момента широкого применения в технике высокопрочных металлических материалов, характерной особенностью которых является склонность к хрупкому разрушению. Надежность * работы конструкции во многом определяется сопротивлением материала распространению трещины, т. е. его вязкостью разрушения Kic- Конструктивную прочность сплавов нередко оценивают с помощью

Экспериментально установлено, что сопротивление материала распространению трещины разное при разных видах нагружения (типы трещин J, П и III). Соответственно этому различают и три характеристики трещиностой кости вместе с соответствующими критериями разрушения, а именно

Характеристики трещиностойкости оценивают сопротивление материала распространению в нем трещины [5]. Они определяются на образцах, содержащих заранее созданные трещины усталости согласно ГОСТ 25.506-85. Наиболее распространенные типы образцов показаны на рис. 3.3.28-3.3.30.

Представление значений характеристик трещиностойкости в форме (8.7) позволяет с помощью поправочных функций оценить степень влияния различных параметров на сопротивление материала распространению трещины. Эффективный коэффициент интенсивности напряжений в данном случае следует рассматривать как силовую характеристику, связывающую уровень действующей нагрузки и схему нагружения с размером дефекта.