Распространение возмущений

Процесс хрупкого разрушения может включать три этапа: возникновение трещины, медленное (стабильное) ее развитие и лавинообразное (нестабильное) распространение разрушения. В зависимости от материала, геометрии изделия и условий на-гружения продолжительность стадии медленного развития может быть различной: либо совсем отсутствовать, либо быть весьма длительной. В последнем случае отдельные конструкции допускают к эксплуатации с трещиной или трещиноподобным дефектом при условии контроля за их медленным развитием и своевременного предупреждения лавинообразного разрушения. Для этого необходимо знание скорости медленного развития и критического размера трещины, свыше которого начинается ее нестабильное распространение.

Некоторые особенности распределения напряжений, полученные в предыдущем разделе и оценки прочности сварных элементов с угловыми переходами обусловленными смещением кромок: параметр У) не зависит от нагрузки, определяется лишь углом Р; при х -> О напряжения стремятся к бесконечности; для заданного дефекта поля напряжений определяются одним параметром К j, что позволяет выбрать величину K! в качестве критерия при оценке прочности. С ростом нагрузки величина КИН возрастает и при достижении некоторой критической наступает предельное состояние в вершине дефекта, в дальнейшем возможно нестабильное распространение разрушения. Таким образом, общая расчетная схема, принятая в механике разрушения сохраняется и в данном случае: К] = Кс*. Однако, заметим, что такой подход имеет следующий недостаток. Значение этого параметра Kc* и его размерность зависит от угла раскрытия р. Для расчетного определения прочности необходимо определять зависимость

к образованию двух новых поверхностей, имеющих топографию зеркального отображения. Таким образом, распространение разрушения представляет собой результат процесса скола с элементами скольжения, приводящего к появлению ручьевого узора. Направления полного разрушения должны быть перпендикулярны следам ручьевого узора.

Итак, в рассматриваемом сечении стойки шасси самолета Як-42 происходит распространение разрушения в области малоцикловой усталости и накопление повреждений в этом сечении определяется циклом выпуска-уборки шасси.

Разрушение при растяжении волокнистых композитов включает распространение разрушения в двух направлениях, но в других отношениях качественно подобно одномерному распространению при разрушении слоистых композитов. При этом, однако, имеется количественное расхождение в характере взаимодействия элементов при изолированных разрушениях и в числе видов распространения разрушения от элемента к элементу. Процесс накопления критической степени поврежденное™ в волокнистых композитах, армированных в нескольких направлениях, приводит к значительно более сложной картине неустойчивости разрушения, чем в рассмотренных выше случаях, поскольку при взаимодействии элементов происходит их изгиб и значительный поворот.

При численном исследовании возможных путей зарождения и развития разрушения в слоистом композите из N (<~50) параллельных элементов под действием растягивающего напряжения о Скоп и Аргон [32] нашли, что определяющим видом устойчивого развития разрушения является симметричное распространение разрушения от изолированного зародыша путем последующего разрушения двух соседних элементов. Разрушение в конце концов становится неустойчивым, когда разрушенные близлежащие элементы образуют трещину критической для данного напряжения длины. В этот момент трещина быстро пройдет через деталь.

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.

В дальнейшем мы рассмотрим некоторые механизмы нарушения или ухудшения свойств сплава под влиянием ff-фазы. Твердость и пластинчатая форма выделений ff-фазы в никелевых сплавах определенно воздействует на зарождение и распространение разрушения; были, однако, высказаны догадки, согласно которым на свойства сплава массивные ско-агулированные выделения ff-фазы могли бы и не оказать негативного влияния.

Недостатком многих из методов, в которых из полной работы разрушения выделяют ту часть, что расходуется собственно на распространение разрушения, состоит в использовании маленьких образцов. Полученные на них результаты можно использовать лишь для сравнительной оценки сталей по сопротивляемости распространению трещины. Для количественных оценок эти результаты, как правило, мало пригодны.

Анализ причин и механизмов отказов трубопроводов показывает, что, как правило, их разрушение начинается с плоскостных поверхностных дефектов и представляет собой процесс, развивающийся во времени. При этом разрушение проходит три стадии: подрастание трещины от поверхностного дефекта до сквозной; подрастание сквозной трещины до критических размеров; закритическое распространение разрушения. Последняя стадия является наиболее опасной и определяет риск эксплуатации трубопроводов.

До 1930 г. изучением трещин занимались сравнительно мало, так как считалось, что разрушение наступает довольно резко и развитие трещин является, главным образом, кратковременным процессом. Однако в последующие десятилетия эта точка зрения была в корне пересмотрена. Обнаружено, что трещины начинают развиваться задолго до полного разрушения. Это относится не только к усталостному, но и к пластическому и даже хрупкому разрушениям. Так, было показано, что в процессе разрушения силикатных стекол (у некоторых ранее предполагалось практически мгновенное распространение разрушения) скорость развития трещины в начале процесса в 10—100 миллионов раз меньше, чем в заключительной фазе этого процесса.

Материал среды принимается однородным, изотропным, подчиняющимся определяющим уравнениям среды, а также условию пластичности Треска. Предполагается, что движения продуктов взрыва и среды изохронны, причем распространение возмущений на большие расстояния происходит мгновенно, скорости частиц среды во всех точках выражаются через скорости частиц на поверхности полости.

Основные параметры (G/?)'/2 и (1—v)'/2 играют важнук> роль и в других оценках в связи со следующим обстоятельством. Идеализированная теория предсказывает, что возмущения напряженного состояния могут распространяться без затухания бесконечно далеко вдоль волокна или нормальной линии, что-противоречит известному принципу Сен-Венана. Анализом точных решений было установлено, что такое распространение возмущений без затухания можно интерпретировать как распространение на расстояние порядка L/(G/E)t/2 вдоль волокон и:

Зависимость амплитуды и частоты основного рабочего сигнала от медленного времени т указывает на медленность изменения периода колебаний рабочего сигнала по сравнению с периодом высокочастотного возмущения. Известно [4], что распространение возмущений в магистралях гидропередачи описывается волновым уравнением, которое возьмем в достаточно общей форме:

•Распространение возмущений скорости рабочей жидкости в магистралях гидропередачи описывается волновым уравнением [4]

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЗМУЩЕНИЙ В ДВУХФАЗНОЙ СРЕДЕ

Глава 2. Распространение возмущений в двухфазной среде............. 2 j

Рис. 108. Распространение возмущений в сверхзвуковом потоке через решетку.

Под упругими волновыми процессами понимают динамическое распространение возмущений напряженно-деформированного состояния в упругой среде или упругих телах.

До недавнего времени изучалось лишь движение упругих волн, т. е. распространение возмущений в упругой среде; динамическая теория упругости имеет важные приложения в сейсмологии и технике.

41. Р ахм а т у л ин X. А. и 111 а пир о Г. С., Распространение возмущений в нелинейно-упругой и неупругой среде, Изв. АН СССР, отд. техн. наук, № 2, 1955.