Закономерностей разрушения

Выше было сказано, что для описания закономерностей распространения усталостных трещин (РУТ) широко используются подходы линейной механики разрушения. В общем случае раскрытие трещины в твердом теле может быть осуществлено тремя путями (модами): при нормальных напряжениях возникает трещина типа "отрыв" (тин I); при плоском сдвиге образуется трещина типа Н, или трещина типа "сдвиг"; трещина типа "срез", или типа III, образуется при антиплоском сдвиге (рис. 30).

Прежде чем перейти к более детальному рассмотрению основных стадий и закономерностей распространения усталостных трещин, следует остановиться на эффекте закрытия усталостной трещины (fatigue crack closure), впервые обнаруженном В. Элбером. Сущность этого эффекта состоит в том, что усталостная трещина может остаться закрытой из-за смыкания ее берегов позади вершины на протяжении определенной части цикла нагру-жения. На рис. 33 представлены схемы раскрытия берегов усталостной чре-щины. По В. Элберу смыкание берегов трещины происходит в результате наличия на них остаточной пластической деформации, поскольку при разгрузке берега усталостной трещины могут сомкнуться раньше, чем наступит полное снятие нагрузки. Этот механизм закрытия трещин характерен для пластичных металлов и сплавов, испытываемых в условиях плоского напряженного состояния (рис. 33, а, 6).

Для изучения закономерностей распространения тепла в однородном и изотропном теле составим уравнение, описывающее изменение температуры в любой точке нагреваемого тела в зависимости от времени. Коэффициент теплопроводности и другие физические характеристики будем считать постоянными и допустим, что деформацией тела от изменения температуры можно пренебречь. В объеме тела могут действовать внутренние источники тепловыделения (например, при нагреве тела путем пропускания электрического тока), но эти источники распределены равномерно.

Таким образом, инфраструктура методического обеспечения неразрушающего контроля элементов ВС, а также и сами средства контроля позволяют вводить в эксплуатацию принцип безопасного повреждения конструкций по критерию появления и возникновения, например, усталостных трещин. Однако решение проблемы перехода к эксплуатации по безопасному повреждению не может быть связано только с совершенствованием инфраструктуры средств и методов контроля. Важнейшее значение при введении контроля имеет обоснованность его периодичности. Она может быть оценена с достаточной точностью на основе методов анализа закономерностей распространения усталостных трещин, как на основании испытания образцов, так и на основе изучения поверхностей разрушения (изломов) элементов конструкций, в которых уже был реализован частично или полностью процесс распространения усталостной трещины в эксплуатации. Перенесение данных о закономерностях роста трещины, выявленных в лабораторном опыте, на элементы конструкций связано с использованием критериев подобия или соответствия закономерностей роста трещины в образце и детали при различных условиях нагружения.

В результате исследования закономерностей распространения сквозных трещин, как было продемонстрировано выше, выявлено убывание скорости роста трещин в связи с возрастанием Я.а. Вместе с тем показано [75, 82], что при Х„ = 1; -1; О СРТ в некоторых случаях могут не отличаться. Более того, при разной асимметрии цикла можно наблюдать различный, немонотонный характер влияния второй компоненты нагружения на рост усталостных трещин. Так, в стали SM41C при R = -1 скорость возрастала с переходом от положительного к отрицательному соотношению главных напряжений Хд, а при отсутствии асимметрии цикла (пульсирующий цикл) результат был противоположен. Объяснение такой ситуации было предложено на основе представлений об охрупчивании материала, которое возникает при увеличении степени стеснения пластической деформации. Увеличение среднего напряжения или гидростатического давления в вершине трещины при возрастании положительного соотношения главных напряжений настолько снижает пластичность, что материал начинает хрупко разрушаться в результате смены механизма. При хрупком разрушении имеет место возрастание, а не снижение СРТ.

Место расположения очага разрушения и развитие усталостной трещины в лонжероне были подобны нескольким случаям, которые были исследованы ранее и рассмотрены выше. Это еще раз подчеркивало существование подобия закономерностей распространения усталостных трещин в лонжеронах лопастей по различным сечениям лопасти, на что было указано в ранее проведенных исследованиях. Подобие закономерностей распространения усталостных трещин в лонжеронах лопастей свидетельствует о подобии их нагружения в эксплуатации, а следовательно, позволяет проводить сопоставимые количественные оценки параметров усталостного разрушения. Применительно к задаче об оценке эффективности работы датчика-сигнализатора речь идет об оценке периода роста трещины.

За последние годы советскими учеными получены весьма интересные результаты, связанные с решением задач дифракции и установления закономерностей распространения ультразвука в анизотропных средах. Это существенно расширяет области применения ультразвукового контроля и повышает его информативность и достоверность.

12. Ромвари Пал, Тот Пасло, Надь Дюла. Анализ закономерностей распространения усталостных трещин в металлах.— Пробл. прочности, 1980, № 12, с. 18—28.

3. Ромвари П., Тот Л., Надь Д. Анализ закономерностей распространения усталостных трещин в металлах.— Иробл. прочности, 1980, № 12, с 18—28.

Для оценки несущей способности элементов конструкций при термоциклическом нагружении на стадии частичного разрушения от образования трещин длительного циклического разрушения необходим анализ закономерностей распространения этих трещин при повышенных температурах. Для температур, при которых еще не проявляются эффекты ползучести и длительного статического повреждения, скорость распространения трещины рассматривается [40] как и при нормальной температуре в степенной зависимости Пэриса от размаха интенсивности напряжений АК

Привлечение для анализа волновых процессов численных методов расчета на основе априорной модели материала [165, 249, 383], реализация режима нагружения материала, определяемого кинетикой деформирования и изменяющегося при распространении волны, недостаточно яркое проявление реологических характеристик материала на конфигурации фронта [301] существенно затрудняют исследование поведения материала при высокоскоростном деформировании путем изучения закономерностей распространения упруго-пластических волн.

Теория долговечности, строящая выводы на статистических данных, в сущности прнло-жима к изделиям массового производства и в гораздо меньшей степени — к изделиям мелкосерийного и тем более единичного выпуска. В описанной выше трактовке теория долговечности исходит с феноменологических позиций, оперируя цифрами достигнутой долговечности. Гораздо большее значение имеет разработка методов повышения долговечности. Здесь на первый план выдвигается задача изучения физических закономерностей разрушения, износа и повреждения деталей (в зависимости от вида нагружения, свойств материала, состояния поверхностей и т. д.). Задачи эти настолько дифференцированы и специфичны, что вложить их в рамки общей теории долговечности едва ли возможно. Они решаются методами теории прочности, теории износа, а главным образом целенаправленной конструкторской и технологической работой над повышением долговечности.

294. Фридман Я. Б., Морозов Е. М. Применение принципа Гамильтона — Остроградского для изучения закономерностей разрушения твердых тел.—ДАН СССР, 1962, т. 114. № 2, с. 330—333.

с соотношением Я,0 = 1,0, что следует из закономерностей разрушения, рассмотренных в главе 6. Причем в указанной ситуации нагружения влияние на рост трещины соотношения Я,ст = 1,4 эквивалентно некоторому положительному соотношению главных напряжений в интервале от 0,4 до 0,7.

Вместе с тем, помимо разрушений лонжеронов i из алюминиевого сплава, в эксплуатации имели место несколько случаев разрушений лонжеронов, изготавливаемых из высокопрочных сталей. Поэтому прежде чем перейти к подробному рассмот- : рению закономерностей разрушения лонжеронов, изготавливаемых из алюминиевого сплава АВТ-1, \

109. Голубовский Е. Р. Исследование закономерностей разрушения стали в условиях ползучести при сложном напряженном состоянии: Автореф. дис. ... канд. техн. наук (ЦНИИТМАШ) М., 1975.

Приведенные выше соображения показывают, что описания закономерностей разрушения при каком-либо одном из типов нагружения недостаточно и требуется разработка критерия, определяющего достижение предельного состояния по моменту образо-

107. Кудрявцев И. М., Шур Д. М., Чудновский А. Д. Исследование закономерностей разрушения сварных резервуаров в условиях малоциклового нагружения внутренним давлением.— В кн.: Прочность при малом числе циклов нагружения. М.: Наука, 1969.

213. Трощенко В. Т., Шемеган Ю. М., Синявский Л. П. Исследование закономерностей разрушения сплавов при термоусталости и при совместном Действии циклических, механических и термических напряжений.— Матер. Всесоюз. симп. по малоцикловой усталости при повышенных температурах. Челябинск, ЧПИ, 1974, вып. 2.

76. Трощенко В. Т., Шемеган Ю. М., Синявский Д. П. Исследование закономерностей разрушения сплавов при термоусталоети и при совместном действии циклических механических и -термических напряжений, — В кн.;- Мате-

статистических закономерностей разрушения деталей от применяемых материалов;

В цехах электролиза растворов поваренной соли, электролиза воды и других электрохимических производств есть коммуникации, по которым движутся горячие влажные газы, например, титановые хлоропроводы электролизных цехов получения" хлора. Опыт эксплуатации показал, что они подвержены действию токов утечки /1,2/. Для изучения закономерностей разрушения титана под действием токов утечки в условиях, близких к производственным, была создана лабораторная установка, моделирующая условия работы титанового хлоропровода. Ее схема приведена на рис.1.