Нестабильного распространения

Для трубных сталей в рассматриваемом диапазоне температур (выше 7\) существенно различаются значения критического раскрытия вершины трещины, соответствующие инициированию вязкого разрушения бс и переходу его в нестабильное состояние бс. При лабораторных испытаниях характеристика бс соответствует условиям достижения максимальной нагрузки и последующего полного разрушения образца. Авторы работ [7, 8] отмечают, что в вязком состоянии величина бс зависит от типа образца, отношения его геометрических размеров и схемы нагружения. Сопротивление материалов возникновению вязкого разрушения б, практически не чувствительно [8, 9] к указанным выше факторам и определяется на диаграмме нагрузка — перемещение берегов дефекта моментом первого стра-.гивания трещины. В случае незначительного различия между 6С и бс он может быть зафиксирован на диаграмме скачком перемещения, наблюдающимся при инициировании трещины. В последнее время разрабатываются инструментальные методы установления момента возникновения вязкого разрушения, основанные на измерении электропотенциала, обработке сигналов акустической эмиссии и ультразвуковой дефектоскопии [10]. В настоящей работе величина бс определялась по результатам испытаний нескольких образцов, предварительно нагружаемых до различных уровней раскрытия вершины трещины. После разгрузки образцы охлаждались до температуры жидкого азота и окончательно разрушались. На поверхности излома измерялась величина приращения длины трещины

Переходя к рассмотрению полученных результатов, заметим, что все значения бс (рис. 6), кроме точек со стрелками, обозначающими только вязкий характер разрушения образцов, соответствуют одновременному инициированию трещины и переходу ее в нестабильное состояние.

В то же время в пластине в связи с возникновением трещины длиной 2® освобождается энергия 2A0V/E, где А, — коэффициент, зависящий от формы трещины. Нестабильное состояние наступает при условии:

Графически згрфеход трещины в нестабильное состояние показан m шкх 2Й.

Инженерные методики определения прочности деталей е шинами при опасности хрупкого разрушения основаны на линейной механике разрушения и силовом критерии перехода трещины в нестабильное состояние, , .

Для всех этих случаев условием перехода трещины в нестабильное состояние является достижение величинами К^ К{{ и Кш

Естественный переход от линейной к нелинейной механике разрушения осуществляется на основе коэффициента интенсивности деформаций К1е, вводимого по аналогии с А^. Условие перехода трещины в нестабильное состояние при этом имеет вид

Впервые переход трещины из стабильного в критическое, нестабильное, состояние математически описал Гриффите в 1920 г.

ент, зависящий от формы трещины. Нестабильное состояние наступает при условии:

Графически переход трещины в нестабильное состояние показан на рис. 20.

Естественный переход от линейной к нелинейной механике разрушения осуществляется на основе коэффициента интенсивности деформаций К1е, вводимого по аналогии с Кг Условие перехода трещины в нестабильное состояние при этом имеет вид

При разрушении отрывом в случае нестабильного распространения трещины коэффициент интенсивности напряжений достигает критической величины Кс, которая определяется геометрией образца,; прежде всего толщиной. При некоторых значениях толщины образца у вершины трещины наблюдается смена плосконапряженного состояния на плоскодеформированное. Последнее весьма опасно, так как может привести к неожиданному хрупкому разрушению без признаков пластической деформации. Коэффициент интенсивности напряжений при таких условиях (К1С) можно рассматривать как константу материала (рис. 8.1).

В зависимости от «елей испытаний и условий эксплуатации конструкций осуществляют последующее раздельное или совместное исследование ее трещиностойкосги при статическом, циклическом и динамическом нагружении. При этом определяют характерные значения К\ на стадии затупления трещины, строят кривые сопротивления разрушению KR и кинетические диаграммы разрушения (зависимости скорости роста трещин от параметра К\), а также устанавливают характерные величины К\ в процессе нестабильного распространения и в момент остановки трещины.

Для проверки полученных расчетных зависимостей было проведено экспериментальное исследование нестабильного распространения трещины в стали 15Х2НМФА (Т = 183 К) при статическом нагру

Данный подход к расчету интенсивности высвобождения энергии упругой деформации был применен и для случая нестабильного распространения трещины при циклическом нагружении. При этом ис-

Ниже описываются подходы к прогнозированию долговечности конструкций с трещинами при циклическом нагружении с учетом стадии нестабильного распространения трещины и зависимости характеристик вязкости разрушения от свойств исследуемых сплавов, схем нагружения и форм исследуемых образцов и конструктивных элементов и режимов их циклического нагружения.

Таким образом, для прогнозирования долговечности образца или конструктивного элемента с трещиной при циклическом нагружении с учетом ее нестабильного распространения необходимо иметь следующую экспериментальную информацию о материале 1177]: зависи-

153. Трощенко В. Т., Ясний П. В., Покровский В. В. Исследование закономерностей нестабильного распространения трещин при циклическом нагружении // Пробл. прочности.— 1980.— № 6.— С. 3—7.

207. flmuu П. В. Исследование нестабильного распространения и торможения трещин при циклическом нагружении // Там же.— 1981.— № 11.— С. 31—35.

2. Метод определения работы распространения трещин. Исследуется процесс перехода покоящейся трещины в трещину, которая распространяется нестабильно (без подвода энергии извне). Образцы с трещиной (надрезом) для испытаний на растяжение или изгиб, доводимые до разрушения. Определяют напряжение, необходимое для самопроизвольного развития трещины (разрушения), являющееся функцией температуры; температура, при которой не происходит уже нестабильного распространения трещин, соответствует температуре, при которой можно вводить (наносить) трещину в образец до испытаний на разрушение.

Механика разрушения при стабильном росте трещины. Трещина достигает критической длины в основном не в ходе нестабильного распространения (когда справедлива линейная и нелинейная механика разрушения), а чаще в процессе стабильного роста [медленный рост маленькой (тонкой) трещинки за определенный промежуток времени].

(разрушения), являющееся функцией температуры; температура, при которой ие происходит уже нестабильного распространения трещин, соответствует температуре, яри которой можно вводить (наносить) трещину в образец до испытаний на разрушение.