Разрушения следовательно

Проведены (совместно с ИПТЭР) испытания труб большого диаметра (D = 1220 х 10) из стали типа 17ГС (табл.4.6) с предельными поверхностными трещинами на статическое давление до разрушения. Результаты испытаний показали, что расчетные и экспериментальные данные удовлетворительно согласуются между собой. Максимальное расхождение между акр и сг^ не превышает

Испытания проводят на нескольких образцах, подсчитывая каждый раз число циклов N нагружения образца до его разрушения. Результаты опытов представляют в виде кривой, показывающей зависимость разрушающего числа циклов нагружения от максимального напряжения агпах за цикл (рис. 10.16, б). Эта кривая для металлов, начиная с некоторого напряжения a_i, идет параллельно оси абсцисс. Следовательно, при этом напряжении материал не разрушается при любом числе циклов. Напряжение o_i называется пределом выносливости при симметричном цикле.

Проведены ( совместно с ВНИИСПТнефть ) испытания груб большого диаметра ( D =1220 х 10 ) из стали типа 17 ГС .( табл. 1 ) с предельными поверхностными трещинами на статическое давление до разрушения. Результаты испытаний показали, что

где как и ранее, о^, о~2 и Ti2 — компоненты напряжении в главных осях материала; Fit Fz и F iz — соответствующие пределы прочности. Если напряжения о^ и (или) аа — сжимающие, то нужно подставить соответствующие пределы прочности при сжатии. Таким образом, несмотря на то, что уравнение (18) определяет гладкую функцию, поверхность разрушения в пространстве напряжений будет кусочно-гладкой. В отличие от теории максимальных напряжений и максимальных деформаций, критерий (18) учитывает взаимодействие напряжений (через характеристику прочности при пропорциональном нагружении) и не предсказывает форму разрушения. Результаты, полученные с помощью этого критерия, и экспериментальные данные для однонаправленного эпоксидного стеклопластика [17 ] совпадают. Дальнейшее сравнение с теориями максимальных напряжений и максимальных деформаций свидетельствует о преимуществах энергетического критерия (рис. 11).

При обсуждении математических свойств критерия разрушения особо подчеркивается, что любая формулировка феноменологического критерия не является единственной; единственность представляет собой следствие модельного способа построения критерия и не может проистекать из сформулированных выше основных принципов. Короче говоря, в рамках феноменологического подхода к проблеме разрушения результаты экспериментов можно использовать не как средство обоснования той или иной теории разрушения, но лишь как подтверждение рациональности планирования эксперимента и как способ исследования адекватности полученного критерия исходной модели.

Рациональное планирование экспериментов, основанное на применении тензорно-полиномиального критерия разрушения, позволяет свести проблему экспериментального обоснования теории к небольшому числу основных экспериментов. Результаты этих экспериментов используются для построения критерия разрушения наинизшей степени, который дает удовлетворительное— в пределах неизбежного разброса экспериментальных данных — описание явления разрушения.

Результаты, полученные для графитоэпоксидных композитов, подтверждают перспективность использованного подхода к планированию эксперимента. Тензорно-полиномиальный критерий разрушения, построенный по результатам основных экспериментов, хорошо согласуется с результатами многочисленных контрольных экспериментов на сложное напряженное состояние. Кроме этого, получается количественная оценка погрешностей, к которым приводит применение частных видов критерия разрушения.

контроль возможностей изготовителя воспроизвести установленные свойства в композиционном материале. Важным параметром являются испытания до разрушения. При их проведении конструктивный элемент, состоящий из материалов с выбранной ориентацией слоев, подвергается нагружению до определенного уровня напряжений при заданной температуре и затем доводится до разрушения. Результаты испытаний представляют часть необходимых для проектирования расчетных данных.

Для получения оптимальной прочности необходима также большая энергия разрушения. Результаты различных исследований показывают, что дисперсия частиц большого размера приводит к наибольшей энергии разрушения данного состава композита.

Результаты статистической обработки всех обследованных материалов показали, что коэффициент при параметре т Л имеет знак минус (Я > 0). Проанализируем, имеет ли это какои^о физический смысл. Числитель формулы (4.4) представляет величину, пропорциональную среднему напряжению, которое вызывает только изменение объема без изменения формы [72]. Если рассматривать этот эффект на микроуровне, то можно предположить, что среднее напряжение может влиять на межатомные силы связи и как следствие — на энергию активации процесса разрушения. Когда среднее напряжение больше нуля (?7>0), происходит ослабление межатомных сил связи; когДа преобладают напряжения сжатия (//<0), возможно увеличение энергии активации процесса разрушения. С увеличением жесткости напряженного состояния (&) растет величина TJ , и при положительном среднем напряжении вероятность хрупких разрушений повышается, в области сжимающих напряжений увеличение жесткости снижает вероятность разрушения. При всестороннем равном сжатии разрушение невозможно — энергия активации процесса разрушения безгранично растет. Таким образом, уравнение типа (4.16) позволяет раскрыть физическую суть параметра ц и показывает, что изменение вида напряженного состояния приводит к изменению исходных свойств исследуемого материала, т.е. при каждом виде напряженного состояния исследователь имеет дело с измененным объектом исследования. В таких условиях теряется смысл оценки состоятельности критерия прочности на основании результатов анализа предельной поверхности предполагаемого неизменным материала [89].

Испытания на вязкость разрушения. Результаты оценки вязкости разрушения материала Inconel X750 методом /-интеграла суммированы в табл. 3 и показаны в виде графиков на рис. 3. В табл. 3 приведены также значения от-

Увеличение сопротивления деформированию отражается на характере диаграммы — направление выпуклости кривой изменяется (ср. рис. 222 и 225). Образец из пластичного материала при сжатии не может быть доведен до разрушения, следовательно, для этих материалов предела прочности при сжатии не существует.

Увеличение сопротивления деформированию отражается на характере диаграммы — направление выпуклости кривой изменяется (ср. рис. 2.21 и 2.26). Образец из пластичного материала при сжатии не может быть доведен до разрушения, следовательно, для этих материалов предела прочности при сжатии не существует.

Рассмотрим условия, определяющие долговечность элемента конструкции на стадии развития трещины. Как указывалось, число циклов, соответствующее росту трещины от начальной длины !,, до критической /с, определяет долговечность данного элемента конструкции по числу циклов. Чтобы обеспечить прочность конструкции, долговечность должна быть больше числа перемен заданной нагрузки. Таким образом, наряду с оценкой материала по классической кривой Велора, существенную информацию о поведении элемента конструкции с трещиной в условиях усталости должна дать механика разрушения. Следовательно, в данном случае, как обычно, надо исходить из того, что начальный тре-щиноподобный дефект существует в конструкции г момента ее изготовления (несмотря на дефектоскопический контроль, который, как известно, имеет определенный допуск па размер пе-обнаруживаемых дефектов). К сварным конструкциям это относится в большей мере, и в этом случае желательно иметь критические значения коэффициентов интенсивности напряжений (Л'с или KIC) для основного материала, материала шва и материала переходной, термически поврежденной, зоны. Кроме этого, для сварных конструкций желательно в области сварного шва знать величину и распределение остаточных напряжений. Все это вместе взятое способствует уточнению расчетов.

Автомодельное поведение материала в области I и III проявляется, в первую очередь, в неизменности механизма разрушения, следовательно, в неизменности наблюдаемого рельефа излома независимо от свойств (механических характеристик) и структурного состояния материала. Из качественного анализа рельефа излома, когда разрушение реализовано в области I или III, нельзя сделать заключение о том, каким было внешнее воздействие (скорость нагружения, температура, количество и направление действия сил и др.), и невозможно определить, какой материал разрушен (на какой основе), а также каковы его структурные особенности. При низкой скорости деформации могут проявляться и доминировать процессы скольжения в случае вязкого разрушения, и межзеренное проскальзывание в случае хрупкого разрушения. Однако эти особенности формирования рельефа излома могут быть одновременно следствием попадания в температурный интервал

Возрастание асимметрии цикла связано с уменьшением размаха коэффициента интенсивности напряжения и, согласно соотношению AKi/Ki = 1 - R, одинаковую асимметрию цикла можно достичь при разном сочетании размаха и максимальной величины КИН. Предельный переход через точку бифуркации в связи с наступлением нестабильного роста трещины определяется максимальной величиной КИН. По мере возрастания асимметрии цикла все меньшая величина размаха цикла может быть реализована перед наступлением нестабильного разрушения. Следовательно, все меньшая величина СРТ может быть достигнута к моменту начала нестабильного роста трещины и все меньший диапазон изменения размаха КИН может быть реализован в процессе роста трещины до наступления ее нестабильного развития.

Последовательное возрастание асимметрии цикла нагружения не нарушает последовательности смены механизмов разрушения, поскольку указанная смена, согласно принципам синергетики, является свойством открытой системы. Внешние условия нагружения влияют только на диапазон, в пределах которого ведущий механизм эволюции открытой системы остается неизменным. Более того, возможно создание таких внешних условий, когда один из механизмов разрушения вообще не может быть реализован при неизменных параметрах цикла нагружения. Рассматривая влияние асимметрии цикла на рост трещин, следует ввести условие сохранения неизменным ведущего механизма разрушения в срединных слоях материала вплоть до наступления нестабильности. Таким условием является достижение некоторой пороговой величины асимметрии цикла (Rth)ps-При условии Rj > (Rth)Ps смена механизма роста трещины не происходит ни в срединной части образца, ни у поверхности вплоть до наступления нестабильного разрушения. При меньшей асимметрии цикла, чем введенная пороговая величина, в срединной части образца или детали могут быть последовательно реализованы в большей или меньшей мере все механизмы роста трещины, присущие данному материалу.

В жаропрочных сплавах в области малоцикловой усталости, когда предельное состояние достигается в условиях отрицательной асимметрии цикла, имеет место возрастание СРТ по сравнению с развитием трещины при отнулевом (пульсирующем) цикле нагружения [22]. С возрастанием уровня напряжения влияние отрицательной асимметрии цикла становится существенней и СРТ значительно возрастает. Сопоставление последовательно снижаемого уровня напряжения на СРТ показало, что при достижении уровня напряжения 500 МПа отрицательная асимметрия цикла и пульсирующий цикл нагружения оказывают эквивалентное воздействие на рост трещины. Это связано с тем, что локальная асимметрия цикла нагружения, определяемая протеканием процесса пластической деформации перед вершиной концентратора напряжений, оказывается недостаточной для заметного влияния на процесс разрушения. Следовательно, определение закрытия вершины трещины в разных зонах вдоль фронта трещины при отрицательной асимметрии цикла должно быть осуществлено в зависимости от размера зоны пластической деформации. Для длинных трещин с возрастанием размера указанной зоны по длине трещины имеет место ослабление влияния отрицательной асимметрии цикла на СРТ. В области малоцикловой усталости ослабление роли отрицательной асимметрии цикла на рост малых трещин в пределах нескольких миллиметров от вершины концентратора напряжений происходит по мере снижения размеров формируемой перед ним зоны.

Следовательно, и в данном случае прочность поверхности раздела существенно влияет на вязкость разрушения. В зависимости от специфики композита предпочтительной может быть как прочная, так и слабая связь между упрочнителем и матрицей.

Предел прочности типичного композиционного материала, предназначенного для кузова автомобиля, составляет 85—105 кгс/мм2, а модуль упругости при изгибе (0,7—10,5) 103 кгс/мма. В панелях кузова большого размера толщиной 2,54 мм этот материал обеспечит жесткость, сравнимую с жесткостью стального листа толщиной 0,9 мм. Поскольку композиционный материал не обладает пластичностью, исключается возможность его повреждения из-за деформационных воздействий и срок службы будет определяться временем до его разрушения. Следовательно, для материала с указанными характеристиками допустимы достаточно высокие изгибающие моменты, действие которых в случае использования стального листа вызовет его деформацию. Материал может быть также использован в конструкциях, составляющих каркас кузова.

Если и волокна, и матрица пластичные, не ясно, можно ли при помощи какой-нибудь элементарной теории рассчитать вклады в работу разрушения композитов за счет пластических деформаций волокон и матрицы, так как при переходе обеих фаз в пластическое состояние ни та, ни другая не обеспечивают ограничения пластической деформации и границы зоны деформирования нелегко рассчитать. Некоторые работы по этому вопросу [29, 30] проводились на системе волокна нержавеющей стали — алюминий, и было обнаружено, что вклад волокон можно удовлетворительно описывать выражением типа уравнения (27), и, если затем просуммировать этот вклад с вкладом матрицы, определенным по соображениям, аналогичным приведенным в разд. III, В, 1, можно получить хорошее согласие с экспериментально измеренной величиной вязкости разрушения. Следовательно, по крайней мере в этом случае, вклады от пластических деформаций двух фаз могут быть, по-видимому, вычислены независимо, а затем просуммированы.

но сказываются на износостойкости, влияние их в вязкой и хрупкой областях разрушения различно: положительно влияя на износ сплавов, 'обладающих определенной вязкостью, твердость и предел прочности уменьшают, износостойкость хрупких сплавов. Очевидно, максимальной износостойкостью обладают сплавы, находящиеся на границе хрупкого и вязкого разрушения. Следовательно, твердость и предел прочности наплавок в условиях ударно-абразивного изнашивания не являются основным критерием, определяющим их износостойкость.