Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Отметим, что у самой вершины трещины на рпс. 64,а наблюдается картина изохром, изображенная на рис, 62. Картииы изохром бывают настолько своеобразны и зкзотичны, что у людей с развптым воображением могут вызвать определенные художественные видения. Есть крупные .специалисты по полярнзационно-оптическим методам, которые считают, что на основе картип изохром 105 ыоягио создавать ягянопягптте произведения ярреалистического плана в стиле «лог-арт» Л.
Дюреллн и «фракарт» Х,-П. Росгхгаггпта (рис. 65,а и б). Еще один и«кроко известный метод теневых полос, имеющий и другое иазвапие — метод иаустии, основан иа Рпс. 64. Полосы пзохром у веригины трепгпиы в ноппактнои об- разце: а) зксперзыезт, б) теория Рис. 65. Ирреалистические картины изохроы в стиле «фрак-арты а) «гонора», б) «Угол» следующем оптическом аффекте, Образец с трещиной освещается параллельным пучком света, Повышение иитепсивпости папряьиепий в окрестности вершины трещи- «06 пы вызывает умевъшевие толщины пластины и изменяет покааатель преломления. Следовательво, вершина трещивы действует как рассеивающая линза, отклоняющая лучи света от оси пучка.
На экране зтн лучи образуют сильва освещеввую кривую (кауегику), огрзничвватощую теневую вову. Размер каустпки удается сннзать с величиной коэффициента интенсивности ванрнтненвй. Для проарачвых материалов экран устапавлпвают позади образца, для вепрозрачпых же используют отранееняый свет. Отсюда повятво явное достоинство метода каустик — ов пригоден для исследования металлов, хотя и ве свободен от векоторых недостатков.
Например, обрааовввшаяся впереди вершипы магистральной трещины микротрещива ставозигся источвиком распространяющихся радиально волн, что изменяет размер каустнк и усложвяет интерпретацию результатов (рис. 66). При измеревиях методом муаровых полос ва исследуемую поверхность накосят каким-либо способом Кютолитографией, травлением, напылением, накаткой и т. п.) Рно. 66. На картнно кнуотвк видны волны напряженнй, рноходя- тцнесн от вершины трещнны систему периодически позторнющвхся лилий, точек илп иных алемевтов, расположенных в одной плоскости (такие структуры называют растрами).
Наиболее широко в практике прдмеянют лпнейчатые растры пз параллельпых раввоудаленпых прямых (от 10 до 200 ливий 13 ва мм). 1астр, папесешп10 па исследуемую поверхность модели, детали плп ооразца, деформируется вместе с поверхностью в процессе пагружеппя. При валс>кении де- 107 Рис. 67. Картина муаровых полос ДЛЯ ПОЛОСЫ С боковыми выреаами и искусственвыыи трещинаыи.' 1 — п,=04о,; 3 — а,=0,7о,; 8 — ае =1,0о,; а — а, 1,1ог', 5 — картина муаровых полос посло раарушения.
Ксаффициент коицентрации равен 1,92 (левые фотографии) или 2,5 1правые фотографии) на двух фотографиях эталонный растр повернут для того, чтобы более четко была еаметна появившаяся трещина формированного и эталонного растров светлые промежутси одного растра перекрываются темными линиями другоз что приводит к изменениям интенсивности отражеи- 1 кого или проходящего через совмещенные растры света и образованиго черных и белых муаровых полос. Этот эффект возникновения полос мехаиической иитерфереиции, описапный английским физиком Рзлеезг, Вы часто можете наблюдать в повседпевиой жизни, проезжая на автомобиле, поезде или велосипеде мимо садовой решетки или снегозащитного ограждения. В зависимости от расстояиия до решетки и скорости движения контрастные темные полосы будут возникать, исчезать или мчаться наравне с Вами.
Эксперименты с примеиением эффекта муара удобны тем, что положения мииимумов и максимумов освещенности муаровых полос одиозпачио связаиы с деформациями растра, панесеииого на исследуемую поверхность. Поэтому нахождение на муаровой картине Ех,'/ Трзч~ипа и г ~ ю х, Рис. 68. Распределение деформаций е, перед вершиной боковой трещины в алюминиевой плзстине, измеренное методом голографического муара: 1 — деформации при номинальном напряжении 36 МПа, 2 — остаточные деформации при полной разгрузке (з— расстояние до верщнны В вдоль линни трещины) точек с одинаковой освещенностью и измерение расстояний между ними позволнет определить поле перемещеиий, а затем вычислить деформации и напряжении.
Измерительные возможности методов муаровых полос позволяют эффективио использовать их для анализа па- 109 пряжеппо-деформированных состояиий в злемептах коп. струкций с трещинами. Для примера на рис, 67 приведены картины муаровых полос, полученных на плоской модели из алюми- Рис. 69. Ип терференциопвыо картипы, по которым строились при. вые 1 и с па рпс. 68 яиевого сплава с боковыми вырезами, в вершипах кото- По рых сделаны пропилы длиной 5 мм и толщипой 0,1 й, им.
оложение муаровых полос, измепяющсеся по мере роста номинальной пагрузки о„от О,йо, до 1,1а„свидетель. 110 ствует о том, что кРивизна выреза, а апач»гт, н концентрация напряжений у его основания практически не влияют на картину смещений у вершины острого пропила или трещины. Для повышения точности н надежности измерения перемещений у вершины трещины, без чего нельзя достоверно определять коэффициенты интенсивности напряжений, приходится применять растры с частотой до 1200 линий на 1 миллиметр, облучаемые лучом лазера. Такой вариант метода муара носит название метода голограу)ического муара. На рис.
68, например, показаны полученные атим методом графики распределения деформаций е, перед вершиной трещины в алюминиевом сплаве при нагружвнин и разгрузке. Интерференциопные картины (рис. 69), по которым определялись зти деформации, способны, на мой взгляд, произвести пе меньшее впечатление, чем картины в стиле фрак-арта (рис. 65). 3 16.
Измерение вязкости разрушения Для практического расчета опасности дефектов в элементах конструкций, сравнения и выбора материалов и технологий на основе энергетического с. = 6, или силового критериев разрушения (см. $ 13) необходимо не только знание скорости освобождения упругой энергии 6 или коэффициента интенсивности напряжений К, но и, конечно, знание удельной работы разрушения О, и критического коэффициента интенсивности напряжений К,.
Как мы уже отмечали, величины 6. и К, (б„и Кы для случая плоской деформации) называют вязкостью разрушения (часто обе, иногда последнюю). Этот термин, хотя и употребляется в отечественной научно-технической литературе, яо вряд ли можно сч»ттать удачным. Это лнпть буквальный перевод английского «1гасспге $оп61шезз», который не отражает свойства материала сопротивляться росту в нвм трещин.
Русское «треп»иностойкость» гораздо лучше соответствует сути дела, этот термин употребляется, но всеобщего распространения, к сожалению, пока вще не получил. Вязкость разрушения К, определяют в эксперименте непосредственно, или измеряют б„а затем рассчитывают Ш по формулам (50) плп (57) (см. з (4): я ʄ— ь ', бм для плоской деформации, 1 — ч К, у' Еб', для плоского напряженного состояния, Выбор формы, размеров и способа нагружения образца, а также условий эксперимента, гарантирующих достоверность результатов измерения, устанавливаются национальным илн ведомственными стандартами.
Для создания необходимой остроты надреза обычно выращивают небольшую усталостяуэо трещину, для чего образец предварительно подвергают действию пульсирующей нагрузки. В ходе эксперимента самописец снимает кривую Р— г' (нагрузка, приложенная к образцу,— смещение точки ее прялоясения), длина трещины ! регистрируется в каждый момент специальными методами (визуальными, электрическими, акустическими и т. д.). Для правильного экспериментального определения К, (или 6,) необходимо, чтобы пластическая деформация не была чрезмерной.
Так, при сквозной пластической деформации по всей толщине пластически деформированный объем в вершине трещины оказывается настолько велик, что уже нельзя пользоваться асимптотическими формулами. Нз основании экспериментальных проверок было ориентировочно установлено, что допустимая пластическая деформация в вершине трещины имеет место, если разрушающее напряжение в нетто-сечении образца не превосходит 0,8 предела текучести материала, определенного на гладких образцах.
Критическая длина трещины, используемая для подсчета К„в этом случае будет равна не экспериментально определенному значению, а несколько большему — на упомянутую выше поправку Ирвина г„, Для приемлемой точности определения значения К, длина пластической зоны не должна превышать 20 а/з полудлияы трещины, иначе впе этой зоны нельзя пользоваться асимптотическими формулами линейной мехапики разрушения. Уменьшение пластической деформации путем увеличения толщины образца ведет к снижению значения К, до некоторого предела, к которому оно асимптотическя приближается (рис. 70), Это есть именно то значение К, для объемного напряженного состояния при плоской деформация, для которого (благодаря достаточной для дап.
ного материала толщине) практически запрещается ыз жакропластическая деформация перед краем трещины и разрушение происходит по типу «прямого» излома без бокозых скосов. Эта величина носит название критичеЛкозо козффицизнта интенсивности напряжений при плоской деформации и обозначается Коо поскольку разрушение осуществляется адесь по первому виду деформаций — путем отрыва (рис. 47). Диаграмма деформаряи в координатах «сила Р— смещение р» практически / / / / / / / Рие, 70. Зависимость вязкости рззрушелив К, от толщпиы «лазского образца.
Показано сечение образцов резкой толщииы ло а»лому треугольной формы (рис. 7», диаграмма 7). Расчет К„ ведется по максимальной силе Р„и его значение уже значительно ближе к получаемому из чисто упругой задачи, поскольку пластически деформированный объем в этом случае меньше и поправку на длину трещины вводить не надо. Экспериментальное определение К„ не требует измерения длины растущей трещины, так как она практически не растет, и для подсчета пользуются ее исходной длиной. Тем не менее определение Х„оказывается более сложным, чем К„ поскольку нельзя знать заранее, будет ли получен при данной толщине прямой излом, В этих случаях иногда помогает метод скачка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
