Cimmerman (523120), страница 31
Текст из файла (страница 31)
точка пересечения с пределом прочности прн растяжении — гТР (критическая температура разрушения прв переходе от пластической деформации); — Скорость нагруження. Увеличение ее приводит к смешению хрупного разрушения к более высокой температуре; — Напряженное состояние. Многоосное напряженное состояние изменяет соотношение между компонентами нормальных и касательных напряжений.
Характеристика напряженного состояния:л=а,/аь где ив способность к пластифицировннию (коэффициент мягкости напряженного состояния); а, — наибольшее действующее главное напряжение; а, — приведенное напряжение (сопоставимое), равное . а„= ([(а — а )'+ (а — аз)я+ -)- (а, — а,)') /2) и'.
Критерии: л=1; одноосное напряженное состояние (а»=аз=О); л=О; гидростатическое напряженное состоянние (а,=от=аз=О); л-»О; уменьшаегся способность к пластическому деформнрованню; склонность к хрупкому разрушению увеличивается. в. Механизмы образования зародышевых трещин, являющихся причиной хрупкого рнзрушения. Хрупкое рнзрушение предполагает наличие зародышевых трещин способных к росту, т. е.
имеющих размер больше критического. Это трещинки в виде сварочных трещин, дефектов поверхности, закалочиых трещин; зародышевые трещины могут также образовываться в процессе иагружеиия (в там числе микропластнческого ингружеиия). Модельные представления [13) создания концентрации напряжений, результирующее поле которых достаточно для образования трещины — см. рис. 1.232. На этом рисунке: а — скопление дислокаций у границы зерна; б — совместное движение дислокаций по двум пересекающимся системам скольжения и нх скопление в месте встречи гхтгзпаа зерна ц т а т 21ллтлгелне Рис. 1.232 Рис !.237 =Ф Рис. 1.23! Рис.
!.233 т т Рис 1.233 Рис 1.К!3 104 этих систем.. и†расклиииваиие границы субзерна, г — скопление дислокаций у включения. Поверхность хрупкого разрушения блестящая, кристаллическая, Вязкое разрушение. Сопровождается значительной пластической деформацией. Является результатом медленного подрастаиия достаточно длинных трещин.
Механизм вязкого разрушения основан на обрааовании и совместном росте внутренних пор (полостей), образующихся вокруг неметаллическнх включений и фаз выделений. Вязкое разрушение [3) возникает: а) путем образования пор в области шейки растягиваемого образца (рис. 1.233); б) путем медленного роста ступенчатой трещины при образовании полостей и ямок перед ее вершиной (рис. 1.234). Образование пор нлн полости (например, прк пластической деформации) у иеметаллическнх включений илн вокруг фаз выделений можно изобразить в виде двух моде. лей [31! 1. Скопление дислокаций у границы раздела частицы — матрица и частичное перерезание частицы (рис.
1.235). Л. хз хА тт 2. Скопление дислокаций у границы раздела и разрушение частицы (рис. 1.236). Поверхность разрушения выглядит матовой, шероховатой, в ямках. Усгалосгное разрушеяае возникает в процессе циклического (часто повторяющегося) иагруження; результат тихого нагружения — необратимый процесс накопления повреждений, являющихся по существу очагами будущего разрушения. Ниже нанси макроскопическое рассмотрение.
Формы разрушения [111 — рис. 1.23Т Поверхности излома показаны на рис 1.238. Рис, 1.233 1 — иозерхиос!ь устелостиопз разрушения с бороздизми; 2— зоне долами Поверхность собственно усталостного рнзрушения (! на рис. 1.238) — область образования, роста и слияния первичных трещинок — затертая плоская и гладкая За ней следует бороздчатая рифленая поверхность, концентрические бороздки которой являются мерой скорости роста усталастиых трещин. Поверхность долома (2 иа рис. 1.238) — окончательного разрушения — имеет иной вид по сравнению с поверхностью собственно усталостного излома.
Долом также часто называют усталостным разрушением. Процесс накопления повреждений разделяют иа три стадии (возможно наложение отдельных стадий друг на друга); — упрочиение: возникновение и движение дислокаций; торможение дислокаций; наклеп; создание скоплений дислокаций; — образование трещин. "отсутствие движения дислокаций (или их незначительное движение) внутри образца (тела); прн этом иа поверхности могут быть: а) экструзия в маленькие выступы толщиной 0,1 мкм, которые возвышаются над поверхностью полос скольжения до 10 мкм, н б) витрувия — маленькие впадинки (канавки); действуют как зародыши трещин; в итоге образуются зародышевые трещины; — рост зародышевых трещин, являющийся функцией природы материала, характера натруженна, вида обработки поверхности.
Методы пспытатптд ла разрушение 1. Метод ударной вязкости (см. 1.11.2.14). 2. Метод определения работы распространения трещин. Исследуется процесс перехода покоюцейся 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 ие .происходит уже нестабйльною распространения трещин, соответствует температуре, при которой можно вводить (наносить) трещину в образец до испытаний на разрушение. 3. Метод остановки трещин. Определение САТ (по Робертсону). Выше САТ хрупкое разрушение задерживается за счет развития пластической деформации (прн высокой температуре — низкий предел текучести — иет опасности хрупкого разрушения).
Испытания по методу 0%ТТ для сварных соединений; развитие метода 0%ТТ вЂ” определение критической температуры перехода от вязкого к хрупкому разрушению при испытаниях падающим грузом. 4. Натурные испытания деталей машин. Применение сборных конструкционных элементов, имеющих естественные или искусственно созданные концентраторы напряжений. Высокая стоимость испытаний, результаты ие могут быть перенесены на друг тие детали.
Основы механики разрушения. Пель механики разрушения: исследование на примерах, встречающихся иа практике (например, в строительстве), процессов разрушения; разработка методов испытаний, нмитирукицнх реальные случаи разрушения, а также мероприятий по снижению опасности преждевременных хрупких разрушений: аывод количественных критериев для оценки поведения материалов н деталей с учетом имеющихся в них дефектов (трещин) в критических условиях; оценка наиболее опасного для.развития хрупкого разрушения напряженного состояния (в первую очередь плоскодеформированного, а также плосконапряженного). Границы применимости механики разрушения: а. Механика разрушения дает лишь оценочные критерии для выбора материалов; аагруженне при испытаниях (и на практике) всегда должно быть ниже предела текучести. б.
Процесс разрушения при нагруженни .выше предела текучести не описывается нижеприведенными уравнениями, за исключением случаев испытаний некоторых материалов, склонных к сильному деформационному упрочнению (у которых напря- жение течения растет в ходе испытаний или в процессе реального натруженна на практике) . .Д б дй у ц аффективное напряжение (что нередко трудно определить для сложных сварных конструкций) .
г. В случае многоосного напряженного состояния применение основных положений механики разрушения также затруднено; необходимы опыты по моделированию; д. Должны быть известны (н должны строго соблюдаться) основные геометрические связи между критическими размерами трещины и критическими напряжениями, определяемыми размерами образцов для разных уровней прочности. е. Механика разрушения является феноменологической теорией; оиа еше должна развиваться с тем, чтобы с ее помощью можно было с большой надежностью выбирать материалы с высоким сопротивлением развитию хрупкой трещины.
В этой связи важно отметить, что должна быть найдена связь между параметримн механики разрушения н мнкроструктурой металлов н сплавов. Возможности применения параметров механики разрушвтшя. Параметры Кт, и/илн 6, зависят от температуры н скорости нагружения. Кроме того, Кт, и/илн 6, зависят от размеров образца, в котором должно быть создано плоскодеформированиое состояние. В этом случае эти параметры будут однозначной мерой сопротивления материала разрушению. Отсюда Кт, 6, данного материала могут быть использованы для расчетов конструкционных элементов, имеющих потенциальные дефекты (трещины). Эксперименты по определению Атв предусматривают нахождение наибольшей нагрузки, вызывающей хрупкое разрушение.
Знание параметров механики разрушения позволяет сделать выводы о целесообразности выбора того или иного материала, способов его сварки, жизнеспособности конструкционных элементов, а отсюда— получить данные о замене элементов или их ремонте. Возможно также сравнение Кть, 6, с ударной вязкостью надрезанных образцов различных металлических материалов.
Теории. Основные положения механики разрушения, описывающие процесс разрушения, базируются на следующих теориях (моделях): з) линейнан механика разрушения (ЛМР); б) нелинейная механика разрушения (разрушение с заметной пластической деформацией); в) разрушение в условиях стабильного роста субкритнческих трещин. Линзовая механика разрушения (ЛМР). Дает количественное описание работы материалов с трещинами (надрезами), сопровождающейся разрушением упруго деформированных тел в условиях, когда допустимо применение линейных законов теории упругости.
В основе модели лежит энергетический баланс прн нестабильном рвспрострвненин трещины, з также рпссмотрение интенсивности напряжений в вершине трещины. в. Модель Гриффитсп: яуд — упругая энергия; )уе — поверхностная энергия и зи! ! /Е! )рв 4!уо (уо Удельнпя поверхностная энергия). Основное условие для самопроизвольного рпспрсстрвнения имеющейся зародышевой эллиптической трещинки длиной 2! в некотором теле. нвгруженном внешним напряжением а: г!у' и /»!! б.
Напряжение, необходимое для рвспрострзнення трещины: !ус = (2Е'уе/и!) ! ° в. Критическая длина трещины; ! = 2Еуз/пов. г. Работа, необходимпя для ряспрострвнения трещины б = »йз'н/»!! = (!в/2) (с!/у/с(!), где Л! — податливость или величина, обратная постоянной упругости. д. Различные виды рвскрытия трещин зависят от схемы нвгружеиня! — нзгруженне типа 1 (рис. 1.239,а): простое раскрытие трещины — наиболее уменьшается до минимума; особенно опасным является тип 1 раскрытия трещины. Для этих критических условий вязкость разрушения обозначают кзк Кг,: К1 — — / (толщины материала) . Величнпв Кт, — нижняя граница возможных значений вязкости разрушения; является константой для данного материала в наиболее опвсных для развития хрупкого разрушения условиях; характеризует рвботоспособность материала.
и. Диаграмма сила — смещение (рискрытие трещины). Характеризует поведение материала в усиовиях плоскоивпряженного и/или плоскодеформироввнного состояний (рис. 1.240). б!чещелнп Рпс. 1.2ЗО а — плоскедефермпровапппе сестпппке; б — алпскодефпрмпрпваппое сОстояние прп пчепь таш»пк сечениях. К )Кг: нестабильность «х» обозначается как «рпр-!и»! е — заметпап пластическая деформация арп достпжеппп наивысшей кагрузкпг ке отвечает услпвнвм лппейппя механики разру- шенин Рпс. 1.232 часто встречающийся случай, имеющий поэтому наибольшее практическое значение! — нвгружение типв П (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
