Напряжение и скорость роста трещин

Экспериментальные исследования одновременного протекания процессов усталости и ползучести на образцах, изготовленных из плакированных листов алюминиевого сплава АК4-1Т1 толщиной 1 и 2мм, показали, что в более толстых образцах трещина при всех видах испытаний развивается с большей скоростью [3]. Наибольшее влияние толщины образца заметно в условиях ползучести. В исследованном диапазоне значений коэффициента интенсивности напряжений скорость роста трещины практически равна сумме скоростей развития трещины в условиях усталости и ползучести. Исходя из этого, выражение (1.35) можно конкретизировать, записав скорость роста трещины в виде суммы двух составляющих скоростей [c.420]

При малых напряжениях скорость роста трещины в стекле на первой стадии разрыва мала и молекулы среды успевают следовать за растущей трещиной и влиять на разрушение. По мере [c.41]

Кинофильмы о процессе роста трещины позволили проследить кинетику их развития. Было определено изменение длины трещины с течением времени. Оказалось, что длина трещины в образце, растягиваемом под действием постоянного груза, растет с ускорением как при больших, так и при малых напряжениях. Скорость роста трещин закономерно возрастает при увеличении растягивающей нагрузки. [c.231]

Большинство работ, посвященных построению количественных моделей водородной хрупкости стали, связаны с исследованием влияния водорода на критическое значение коэффициента интенсивности напряжений, скорость роста трещины, оценку вязкости разрушения и пластических свойств при высоких напряжениях. Особый интерес представляет исследование так называемого замедленного разрушения под влиянием длительного действия напряжений растяжения часто сравнительно невысокого уровня. Фактически речь идет о длительной прочности. [c.69]

Для описания зависимости скорости роста трещины и от фактора интенсивности напряжений предлагалось несколько выражений, из которых чаще всего используются два [292, 293] [c.96]

Действительно, корректная обработка многих результатов, полученных в самых разнообразных условиях, позволяет убедиться в выполнении соотношения Гриффитса Рс а. если брать для расчетов значения удельной свободной энергии тех поверхностей, которые реально успевают образоваться в ходе разрушения. Так, прочность композитов из кварцевого песка с хлоридом натрия, измеренная на воздухе и в воде, оказывается связанной с поверхностной энергией сухой и увлажненной силанольной поверхности [272]. Если же проанализировать результаты измерений скорости роста трещины во влажном кварце [298], то из анализа полученного отношения нижнего и верхнего пороговых значений фактора интенсивности напряжений можно сделать вывод, что при напряжениях выше верхнего порога рвутся силоксановые связи без участия воды, а при докритическом росте трещины успевает образоваться гидроксилированная поверхность и произойти ее [c.97]

В условиях, благоприятных для инициирования КРН, скорость роста трещины зависит от напряжения чем оно больше, тем быстрее идет разрушение. Найдена эмпирическая линейная зависимость между приложенным напряжением и логарифмом времени до разрушения для гладких образцов аустенитной и мартен-ситной нержавеющих сталей, углеродистой стали, латуни и сплавов алюминия. Эта зависимость для латуни показана на рис. 7.8. При небольших напряжениях наклон прямой для некоторых металлов уменьшается, поскольку расширяется диапазон времени до разрушения при данном напряжении. Однако ни эмпирическая [c.145]

Рис. 7.11. Зависимость скорости роста трещины для алюминиевого сплава 707 от коэффициента интенсивности напряжения К [47]

Методами механики разрушения установлены закономерности распределения упруго-пластических напряжений и деформаций в конструктивных элементах с технологическими дефектами, в том числе с угловыми переходами с нулевым и ненулевым радиусом сопряжения в вершине, а также их несущей способности и долговечности. Предложен метод расчета предельных состояний сварных сосудов с поверхностными дефектами. Произведена количественная оценка параметров диаграмм длительной статической и циклической трещиностойкости материала в условиях ВПМ. Объяснен механизм образования на диаграммах длительной статической трещиностойкости участков независимости скорости роста трещин от коэффициента интенсивности напряжений (плато). Теоретически и натурными испытаниями обоснованы методы обеспечения работоспособности сварных соединений со смещением кромок, основанные на регулировании свойств, размеров и формы зон с различным физико-механическим состоянием. Сформулированы закономерности накопления повреждений в материале в процессе гидравлических испытаний оборудования с целью выявления и устранения дефектов. [c.6]

Выражая значения и 81 через коэффициенты интенсивности упруго-пластических напряжений К и К [167] и подставляя их в уравнение (5.50), получим функциональную зависимость скорости роста трещины от КИН [c.349]

По-видимому, скорость роста трещины а в докритической области зависит от параметра Кь (При росте трещины с докритической скоростью параметр Къ характеризующий интенсивность напряжений, соответствует по определению параметру Кс, полученному для роста трещины с регистрируемой скоростью.) Установлено несколько соотношений между Кг и а. Одно из них было получено для описания роста трещины с докритической скоростью для ряда полимеров [3, 12,, 13] [c.354]

В этом случае закон сохранения энергии допускает возможность образования новых поверхностей, однако при условии, что скорость роста трещины будет бесконечно мала. Поэтому, строго гово-воря, под безопасным напряжением с точки зрения термодинамического подхода следует понимать такое напряжение при котором трещина с учетом потерь бСз начинает расти с бесконечно малой скоростью. Начиная с Гриффита под понимали порог напряжения, при достижении которого разрушение принимает сразу катастрофический характер (трещина начинает расти с предельной скоростью). Термодинамический подход дает принципиально новую трактовку порогового напряжения, так как при напряжении 0 = сго разрушение вообще не может наступить из-за того, что (следует иметь в виду, что напряжения и близки). [c.292]

При термофлуктуационном механизме разрушения средняя скорость роста микротрещины v = vl v2, где и Уг — флуктуационные скорости соответственно роста и смыкания микротрещины, зависящие от вероятности процессов разрыва и восстановления связей, которые, в свою очередь, зависят от температуры Т и растягивающего напряжения о, которое снижает энергию активации разрыва связи ( /—аа ) и увеличивает энергию активации восстановления связи ((/ + (00 ). В результате для средней скорости роста трещины получается уравнение [c.298]

При рассмотрении напряжений, не слишком близких к безопасному, вероятность восстановления связей по отношению к вероятности их разрыва пренебрежимо мала и скорость роста трещины в этом случае имеет более простой вид [c.298]

В процессе роста трещины на первой стадии от начальной длины /о напряжение в ее вершине (11.17) возрастает и при некоторой длине 1к достигает значения что соответствует переходу от медленной стадии (термофлуктуационного механизма разрушения) к быстрой (атермическому механизму разрушения), на которой скорость роста трещины Ок практически постоянна. Следовательно, долговечность можно представить в виде [c.301]

Рассмотрим атермический процесс разрушения в хрупком состоянии полимера, когда деформационные (релаксационные) потери первого вида практически не наблюдаются. В этом состоянии наблюдаются потери в виде рассеяния упругой энергии при разрыве химических связей в вершине микротрещины (потери третьего вида) и динамические потери — переход упругой энергии в кинетическую энергию раздвижения стенок трещины, которая затем рассеивается в теплоту (потерн второго вида). Потерн третьего вида, как уже известно, не зависят от скорости роста трещины и поэтому не дают вклада в кинетику разрушения. Вследствие этого кинетику разрушения атермического процесса разрушения, наблюдаемого при напряжениях о стк, определяют потери второго вида, зависящие от скорости роста трещины. [c.308]

При усталостных испытаниях основными характеристиками являются предел выносливости , усталостная долговечность чувствительность к концентрациям напряжений и к коррозионной среде, температуре, частоте цикла скорость роста трещин число циклов до появления трещин и т.д. [c.54]

На рис. 50 и 51 соответственно приводятся зависимости изменения логарифма скорости роста трещин 1 у от напряжения а и обратной температуры испытания 1/Т. В обоих случаях они являются линейными, что подтверждает применимость закона Вант-Гоффа — Аррениуса для оценки долговечности покрытий с применением метода температурной экстраполяции. [c.123]

Рис. 50. Зависимость измене-. ния логарифма скорости роста трещин X) от напряжения а

Как видно из табл. 1.1, отсутствует взаимно однозначное соответствие количественного содержания сульфидных включений в стали эффективным скоростям роста трещин. Вместе с тем, явно просматриваются существенно более высокие значения скоростей роста трещин на сталях контролируемой прокатки групп прочности Х70, поставляемых по импорту. Данный факт может быть объяснен тем, что с увеличением прочности таких сталей даже небольшое количество неметаллических включений может привести к образованию внутренних концентраторов напряжения и, соответственно, уменьшить стойкость стали к распространению трещин, развивающихся, [c.35]

Рис. 2. Обобщенная диаграмма зависимости скорости роста трещины V от коэффициента интенсивности напряжений К

Элементы хром, никель и молибден являются важными добавками, необходимыми для достижения высокой закаливаемости, прочности и вязкости сталей. Данные о влиянии этих элементов на поведение сталей менее полны, чем в случае Мп, 51 и И, а наблюдавшиеся эффекты противоречивы [10, 14, 19, 27]. Например, небольшие добавки хрома ухудшали стойкость к КР [10], но поскольку пороговые напряжения как в водороде, так и в соленой воде не изменяются при увеличении содержания хрома до 2% [21, 22], усиление растрескивания должно быть связано с возрастанием скорости роста трещины. В то же время в сплаве с меньшим временным сопротивлением [c.56]

Рис. 47. Зависимость скорости роста трещины V от коэффициента интенсивности напряжений К при различных температурах (цифры у кривых) для силава Т1—2,. чп. Испытания в водороде при 0,09 МПа [207].

На рис. 7.11 показаны участки I и II роста трещины в Al-сплаве (1,2—2,0 % Си 2,1—2,9 % Mg 0,3 % Сг 5,5 % Zn) в растворе Na l, а также в жидкой ртути (охрупчивание в жидких металлах) при комнатной температуре. Скорости растрескивания в ртути выше, чем в водных растворах, но характер зависимости скорости от интенсивности напряжения одинаков. Металлургические факторы, влияющие на скорость роста трещин в одной среде, аналогичным образом влияют и в других. Вполне возможно, что некоторые аспекты механизма растрескивания справедливы в различных условиях. [c.147]

Приведенные данные согласуются с литературными данными [72,237]. В частности, в работе [237] диаграмма коррозионной статической трещиностойкости представляется состоящей из трех участков (рис.5.35,д и е). На среднем участке (наиболее продолжительном) скорость распространения не зависит от коэффициента интенсивности напряжений. На этом рисунке через К1зсс обозначено пороговое значение КИН, ниже которого трещина растет крайне медленно. Упрощенная диаграмма статической трещиностойкости в коррозионных средах представлена на рис.5.35,е. Таким образом, с позиции МХПМ объяснен механизм образования на диаграммах длительной статической трещиностойкости участков независимости скорости роста трещин от КИН. Во всяком случае, формула (5.52) может быть использована при аппроксимации среднего участка диаграмм длительной статической трещиностойокости в коррозионных средах. [c.350]

При малых скоростях роста трещины составляющими кинетической энергии в R можно пренебречь. Тогда сопротивленпе материала распространению трещин будет включать удельную поверхностную энергию 2у (требуемую для преодоления силы сцепления атомов или молекул, действующей поперек вновь образованной поверхности разрыва среды), энергию Vre упругого втягивания в матрицу напряженных молекул, энергию Vpi — пластического деформирования и энергию Усь. — химических реакций, вызванных разрывом цепи. Энергии снятия внутренних напряжений Ui) и химических реакций с окружающей средой U h) нужно вычесть из R [c.337]

Скорость роста трещины серебра в длину исследовалась многими автора.ми. Многие до сих пор не решенные проблемы, касающиеся перехода материала матрицы в вещество такой трещины и реологических свойств последней, значительно усложняют любое количественное описание распространения трещины серебра. По этой причине здесь не приводится детального описания различных методов, но упоминаются их основные особенности. Механические методы исследования разрушения ПММА [15, 50, 102, 127, 133] и ПК [127, 144] позволили получить эмпирические выражения для скорости роста трещины серебра с1 аГр)1сИ, в которые входят коэффициенты интенсивности напряжения. Камбур [76], а также Маршалл и др. [102, 133] подчеркивают важность течения окружающей среды сквозь пористый материал такой трещины. Верхойлпен-Хейманс [155] сформулировал модель роста трещины серебра на основе анализа напряжения и деформации в ее окрестности и с учетом реологических свойств ее вещества. В тех случаях, когда длина такой трещины оказывалась пропорциональной длине обычной трещины [15, 144, 177], эмпирическая закономерность роста последней (например, выражение (9.22)) также описывала рост трещины серебра. [c.379]

Скибо, Херцберг и Мансон [191] изучали характеристики роста усталостной трещины в полистироле в интервале значений коэффициента интенсивности напряжений и частоты. Образцы с нанесенным односторонним надрезом и испытываемые на растяжение компактные образцы, изготовленные из листов промышленного полистирола (с молекулярной массой 2,7-10 ), были подвергнуты циклическому нагружению с постоянной амплитудой на частотах 0,1, 1, 10 и 100 Гц, что соответствовало скоростям роста усталостной трещины от 4 10 до 4Х X10 см/цикл. При заданном значении интенсивности напряжений скорость роста усталостной трещины уменьшается с увеличением частоты, причем само уменьшение скорости роста наиболее сильно выражено при больших значениях интенсивности напряжения. Чувствительность данного полимера к частоте во всем исследованном интервале значений была объяснена влиянием переменной компоненты ползучести. В макроскопическом масштабе поверхность разрушения была двух различных типов. Прп низких значениях интенсивности напряжений наблюдалась зеркальная поверхность с высокой отражательной способностью, которая с увеличением интенсивности напряжения превращалась в шероховатую матовую поверхность. Повышая частоту, сдвигали переход между этими типами поверхности разрушения в сторону более высоких значений интенсивности напряжений. Микроскопическое исследование зеркальной поверхности выявило распространение обычной трещины вдоль одной трещины серебра, в то время как исследование шероховатой поверхности выявляло рост обычной трещины через большое число трещин серебра, причем все они в среднем были перпендикулярны оси приложенного напряжения. Электронное фракто-графическое исследование зеркальной области выявило много параллельных полос, перпендикулярных направлению роста обычной трещины, каждая из которых формировалась в процессе ее прерывистого роста в ряде усталостных циклов. Размер таких полос соответствовал размеру пластической зоны у вершины трещины, рассчитанной по модели Дагдейла. При высоких значениях интенсивности напряжений была получена новая система параллельных следов в матовой области, которая соответствовала приращению длины трещины за один цикл нагружения [191]. [c.412]

Совокупность выражений для скорости роста трещины v l, а ) вида (11.10) и для напряжения в вершине трещины а (1, а) типа (11.17) полностью определяет скорость роста трещины как функцию ее длины и приложенного к образцу напряжения i r, рассчитанного на все поперечное сеченпе образца. [c.300]

Выражая скорость роста трещины в виде (11.10) с учетом (11.17) и выполняя численное интегрирование, можно получить временные характеристики термофлуктуационного разрушения в полном объеме. Однако важные результаты можно получить и при несколько упрощенной постановке задачи, позволяющей провести аналитические расчеты. Первым из упрощений является использование скорости роста трещины в виде (11.11), в этом случае мы пренебрегаем процессом восстановления разорванных связей. Вторым упрощающим предположением является учет зависимости а (О в виде (11.18), соответствующем решению задачи о распределении напряжений вблизи вершины трещины для полубесконеч-ного образца, что, однако, не противоречит рассмотрению образцов конечной ширины с достаточно малыми начальными трещинами (см., например, [11.15 11.16]). [c.302]

Исследование скорости развития трещины в зависимости от уровня нагружения, свойств материала, среды и внешних факторов (поляризации, давления и температуры) [8,50]. При таком подходе данные о закономерностях роста трещин иод воздействием агрессивной среды и механических напряжений представляют в виде зависимостей скорости роста трещин при статическом (ко розионное растрескивание) или- динамическом (коррозионная усталость) нагружении от максимального (амплитудного) коэффициента интенсивности К цикла. При этом данные для построения указанных зависимостей (диаграмм разрушения) получают при испытании стаццаргньм образцов с трещинами, образовавшимися на образцах в процессе периодического (усталостного) нагружения их на воздухе. Подрастание трещины во времени измеряют по изменению электросопротивления образца, оптическим методам по податливости материала и т. п. Испытания проводят при заданной температуре среды, накладывая, по необходимости, на Образец анодную или катодную поляризацию. По полученнь м данным рассчиты- [c.132]

Первое предельное состояние защитного покрытия, наступающее в результате коррозионного растрескивания, характеризует величина порогового значения коэффициента интенсивности напряжения К18СС, выше которого наблюдается резкое увеличение скорости роста трещин. Значения порогового Кгзсс определяют с помощью оптического индикаторного метода, которым контролируется глубина проникновения среды в вершине трещины, В тех случаях, когда коэффициент интенсивности напряжений Кг меньше критического, трещина не растет и агрессивная среда равномерно проникает в глубь материала через трещршу. Если Кт больше критического, в устье трещины возникает зона разрыхленного материала (зона предразрушения), в которую более интенсивно проникает агрессив- [c.48]

Результаты испытаний на скорость распространения трещин обычно пред-Л ставляют в виде кривых зависимости скорости роста трещины v от коэффициента интенсивности напряжений К (рис. 2). Существование трех областей (/—111) на кривой соответствует трем стадиям процесса. Впервые это было отмечено Видерхорном [4]. Кри- тические значения К для быстрого разрушения (обозначаемые Kq, Kix или при определенных условиях Ки) могут быть таковы, что получить полную кривую с тремя характерными областями не удается, но отдельные части такой кривой наблюдаются для многих материалов. [c.50]

Если испытания на скорость распространения трещины проводятся в условиях уменьшения К (например, на образцах с предварительно нанесенной трещиной, нагружаемых с помощью винта), то может произойти остановка трещины. Соответствующие значения К, если они существуют, называют пороговыми. При исследовании влияния среды на КР эту величину обозначают Kikv> - В таких испытаниях обычно удается найти и область напряжений, в которой скорость роста трещины не зависит от К (область II на рис. 2). Это значение v называют максимальным при КР [2], поскольку в области III происходит, как правило, уже не зависящее от среды быстрое разрушение. [c.50]

Рис. 4. Влияние кремния на скорость роста трещины и в стали 4340 с временным сопротивлением 2000 МПа, Коэффициент интенсивности напряжений 60 МПа-м. Испытания в растворе 3,5% Na l [17]

Любая попытка анализа характера растрескивания сталкивается с двумя трудностями. Во-первых, многие опубликованные работы содержат очень мало (или совсем не содержат) фрактогра-фической информации, так что не все данные в равной степени сопоставимы. Во-вторых, путь распространения трещины существенно зависит от таких величин, как коэффициент интенсивности напряжений и скорость роста трещины, поэтому сравнение следует проводить при разумно близких значениях этих параметров. Это иллюстрируется данными, приведенными на рис. 9, где показан переход от вязкого разрушения при высоких значениях К череа так называемый (вязкий) квазискол к межкристаллитному разрушению при низких значениях К. Такая очередность не всегда строго соблюдается [12], но это лишь подчеркивает необходимость проявления осторожности прн сравнении результатов разных экспериментов. [c.63]

Рис, 46, Зависимость скорости роста трещины гг от коэффициента интенсивности напряжений /С ири различных температурах (цифры у кривых) для алюминиевого силава 7039-161, Плоскость растрескивания иериендикулярна толщине образца. Исиытаиия ири разомкнутой цеии в водном растворе 5М К1 [2] [c.123]

В дополнение к сказанному можно привести еще один пример.. При испытаниях на КР в некоторых средах и прн э1 жпозиции в газообразном водороде кривые зависимости скорости роста трещины V от коэффициента интенсивности напряжений К (см. рис. 2) имеют довольно большое общее сходство, что проил.яюстрнро- [c.124]

Методы, описанные выше, были использованы в последний годы многими исследователями [35, 36, 63—66], чтобы преодолеть некоторые недостатки, присущие методу определения КР на гладких образцах по времени до разрушения. Дополнительно к методу определения Кгкр может быть применен фрактографиче ский анализ начальной стадии роста трещины. Более удобная и точная техника измерения скорости роста трещины как функции коэффициента интенсивности напряжений в конце трещины рассматривается в общих чертах в следующем разделе. [c.170]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология