Напряжения в вершине трещины

Рис. 7.10. Влияние интенсивности напряжения в вершине трещины на скорость распространения трещины

Так как напряжение на поверхности концентрируется в вершине надреза или в области дефекта, там и происходит быстрый рост трещин. Поверхностные дефекты (например, питтинги или усталостные трещины) действуют как эффективные концентраторы напряжений. К тому же в достаточно глубоких поверхностных дефектах электрохимический потенциал, как отмечалось ранее, отличается от потенциала поверхности состав и pH раствора в местах поражений также изменяются вследствие работы элементов дифференциальной аэрации. Эти изменения в сочетании с повышенным локальным напряжением способны инициировать КРН или ускорить рост трещины. Именно поэтому титановые сплавы с гладкими поверхностями устойчивы к КРН в морской воде, но разрушаются, если на поверхности образовались коррозионноусталостные трещины [44]. Действительное напряжение в вершине трещины глубиной а в напряженном пластичном твердом теле может быть рассчитано как коэффициент интенсивности напряжения Кг- Для образца, изображенного на рис. 7.9, Кх вычисляется по формуле [45, 46] [c.146]

Интенсивность напряжений в вершине трещин, характеризуемая множителем а У л1, имеет значение для оценки не только разрушения при статическом нагружении, но и разрушения при переменных нагрузках. [c.342]

Коэффициент р = — элементарный флуктуационный объем, в котором происходит разрыв и восстановление связей прп тепловых флуктуациях, ар — коэффициент концентрации напряжений в вершине трещины коэффициент А представляет собой не период колебаний атомов то, а сложную величину следующего вида [c.211]

Рассмотрим рост краевой поперечной трещины длиной I в тонкой полоске шириной Ь под действием растягивающего напряжения а. Если коэффициент концентрации напряжения в вершине трещины Ро практически не зависит от длины трещины, что имеет место в некоторых случаях, напряжение в вершине трещины определяется следующим образом [c.298]

В выражении (11.13) первое слагаемое отражает напряженное состояние образца при / = 0. Обычно его вкладом пренебрегают, так как рассматривают достаточно длинные трещины, но в настоящей работе для общности этот член сохраняется. Для случая краевой поперечной трещины в тонкой полоске коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины имеет выражение [c.299]

Напряжения, при которых производятся испытания, обычно значительно превышают безопасные. Поэтому процессом восстановления связей в вершине трещины можно пренебречь и пользоваться выражением (11.11). Кроме того, в опытах выполняется условие прн котором напряжение в вершине трещины [c.300]

В качестве других подходов к теории квазихрупкого разрушения поликристаллических металлов необходимо указать на работы, решающие задачи о предельном равновесии хрупких трещин [20—22], в которых исследованы конечность напряжений в вершине трещины, структура вершинной части трещины и др. Теоретическая модель Г. И. Баренблатта [22] основана на условии конечности напряжений и построена на таких гипотезах, как малость области, на которой действуют межчастичные силы сцепления, по сравнению с размерами трещины, а также независимость формы трещины в вершинной области от действующих нагрузок. Условие распространения трещины формулируется исходя из гипотезы плавности смыкания ее берегов и решения Снеддона, при этом вводится модуль сцепления К- Построенная Г. И. Баренблаттом модель сводится к критериям распространения трещин на основе анализа интенсивности напряжений. [c.26]

Во время эксплуатации многие высокопрочные алюминиевые сплавы при определенных условиях могут разрушаться при напряжениях значительно более низких, чем предел текучести, в результате КР (коррозионного растрескивания). Большие потенциальные потери несущей способности конструкций из-за КР могут быть оценены по данным, приведенным в табл. 4 (см, значения порогового уровня напряжений при КР). Так как такое растрескивание часто имеет место при напряжениях ниже уровня предела текучести, для анализа этого процесса могут быть применены основные положения линейной механики вязкого разрушения. Основным в механике разрушения является положение, согласно которому быстрое распространение механической трещины происходит при условии, что коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины будет равным или несколько превышать критическое значение Ki , характеризующее вязкость разрушения материала. [c.151]

Заслуживает внимания КР под действием образующихся объемных продуктов коррозии, поддерживающих высокие напряжения в вершине трещины, хотя такие случаи обычно менее известны. Это явление наблюдалось на нескольких высокопрочных сплавах [44, 45, 456]. [c.164]

Очевидно, что значения скорости роста коррозионной трещины как функции коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины дают более полную и детальную информацию, чем время до разрушений образцов или Ки- . Образцы ДКБ дают возможность наиболее экономично и удобно измерять скорость трещин при известных условиях напряжений. Такие образцы показаны на рис. 16 и 17. [c.171]

Следует помнить, что на развитие коррозионных трещин влияет не только среда, но и микроструктура сплава, и интенсивность напряжений в вершине трещины. [c.189]

На рис. 56 и 57 еще раз показана сложная природа процессов КР высокопрочных алюминиевых сплавов. Раньше было известно, что ускорение роста трещин при КР в результате воздействия галоидных ионов зависит от коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины и металлургических факторов. Теперь стало ясно, что увеличение роста трещины зависит также от электрического потенциала и pH раствора. Большинство из этих эффектов являются взаимосвязанными. Процесс КР усложнится еще в большей степени при воздействии температуры. Очевидно, что фундаментальные аспекты явления КР никогда не будут поняты, если ограничиться изучением только одного из указанных выше факторов. Знания металлургических факторов, механики разрушения, химической и электрохимической кинетики являются необходимыми для всех исследователей КР. N [c.209]

Превосходное сопротивление КР сплава 6061-Тб даже в высотном направлении было подтверждено испытаниями на образцах типа ДКВ [44, 45] (см. табл. 8). Даже в том случае, когда коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины близок к К1с, не происходит субкритического роста трещины ни на воздухе, ни в воде, ни в солевом растворе при полном или переменном погружении. Более того, сопротивление сплава 6061-Тб охрупчиванию жидкой ртутью было высоким по сравнению с другими алюминиевыми сплавами (см. табл. 7). [c.233]

Характеристики КР большинства сплавов серии 7000 в высотном направлении в настоящее время хорошо известны. Рис. 110 и III показывают скорость роста трещины в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины для сплавов рассматриваемой системы. Эти данные вместе с данными [c.254]

Многие кривые v—K., приведенные выше, демонстрируют влияние коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины на скорость роста коррозионной трещины. На рис. 131 показаны различные области кривой V—К, которые иже будут проанализированы отдельно. Для наглядности и удобства обсуж- [c.283]

Форма расчетной кривой, которая получается по максимальным значениям напряжений, зависит от скорости, которая имеет место в области 1 роста трещины [202]. Результаты показывают, что максимальный наклон кривой V—K в области составляет 3,2 (МПа-м /з)-, если напряжения в вершине трещины достигают теоретического предела. Экспериментально наблюдаемые значения наклона области 1 на кривых v—К для высокопрочных алюминиевых сплавов находятся обычно в пределах от 0,65—1,65 (МПа-м /г)-. Это дает основание полагать, что если анализ [202] корректен, то предельно высокие значения напряжений ( i /20) достигаются вблизи вершины трещины. [c.284]

К критическим замечаниям предложенной модели можно отнести следующие. Модель не позволяет точно определить, как напряжения в вершине трещины увеличивают скорость растворения. Из нее не ясно, как напряжения, достигшие значений /20, могут быть созданы вблизи вершины трещины, где определенно происходит релаксация напряжений в пластической зоне. Радиус кривизны трещины в ее вершине может быть измерен непосредственно. На энергию образования новых поверхностей при разрушении влияет пластическая деформация, происходящая вблизи вершины трещины, п поэтому она не может быть измерена непосредственно. [c.285]

Согласно модели в агрессивной среде значение 8с может понизиться, вызывая разрушение объемов в результате химического воздействия на внешний его периметр со скоростью iJs. Под скоростью следует понимать скорость растворения, хотя химическое воздействие может быть процессом, который снижает несущую способность этих объемов. Модель показывает, что эта скорость растворения а может быть очень небольшой и составлять 1% от наблюдаемой скорости роста трещины в области II на кривой v—К для алюминиевых сплавов, что позволяет считать уравнение (9) корректным. Данная модель не дает возможности рассчитать скорость роста коррозионной трещины в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины. [c.285]

Наиболее характерными недостатками этой модели являются. Во-первых, поле напряжений в вершине трещины принято упругим, а соответствующая корректировка на пластическую релаксацию в вершине трещины не сделана. Во-вторых, трудно предположить, что растворенные атомы могут быть источником разрушения при КР высокопрочных алюминиевых сплавов". Раньше было показано, что КР имеет место во влажном воздухе, таким образом, молено считать, что присутствие хлоридов для протекания процесса КР не обязательно. В то же время в алюминиевых сплавах всегда в твердом растворе имеется водород, тем не менее КР не происходит в инертной атмосфере, что является одним из доводов того, что присутствие водорода в твердом растворе еще не является достаточным условием возникновения КР. [c.287]

Обычно коррозионная среда оказывает влияние на ускорение роста усталостной трещины при средних и низких амплитудах интенсивности напряжений в вершине трещины. [c.86]

В том случае, если сплав в данных условиях склонен к коррозионному растрескиванию, на кривых кинетических диаграмм усталостного разрушения возникают аномалии в виде вертикального плато (см. рис. 49, кривая. 3). При этом уровень интенсивности напряжений в вершине трещины К соответствует критическому значению К. при котором на- [c.98]

Степень локализашш сжимающих напряжений в вершине трещины зависит от соотношения плеч аир, диаметром элементов 8 и II крепления межосевого расстояния элементов 8 и 11 крепления. [c.186]

Из этого выражения вид1Ю, что край разреза (г/ = 0) является особой точкой решения задачи методами линейной теории упругости, в которой напряжение стремится к бесконечности при г/->0, что не имеет физического смысла для реальных полимеров. При решении той же задачи с учетом дискретной микроструктуры материала бесконечных напряжений в вершине трещины не возникает. [c.299]

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]

Так как Уц слабо зависит от молекулярной ориентации, то следует ожидать, что основной эффект изменения а с ориентацией проявится в изменении и, 3 и коэффициента Л = Л(а, Г), который с увеличением ориентации немного возрастает вследствие увеличения числа цепей на единичную площадь поперечного сечения и уменьшения (й 3. В предельно ориентированном состоянии, если 7о в соответствии с экспериментальными данными сохраняет то же значение, что и в неориентированном состоянии, флуктуационный объем со уменьшается в шесть раз. Это объясняется тем, что в ориентированном состоянии на пути трещ,ины рвется каждая цепь, поэтому Я=Я,о, что в три раза меньше, а Хл —Я,о, что в два раза меньше, чем у неориентированного полимера. Разрывная длина химической связи Я,м не меняется. Если еще учесть, что с увеличением степени ориентации хрупкое состояние полимера при той же температуре приближается к нехрупкому состоянию, характеризующемуся коэффициентом концентрации напряжения в вершине трещины, в несколько раз меньшим, то прочность предельно ориентированного полимера по сравнению с неориентированным полимером в хрупком состоянии должна быть больше в 10—20 раз, [c.328]

Специальные условия для активного проявления хемомеханического эффекта, в частности, возникают при коррозии под напряжением в вершине трещины, где дальнейшее ее распространение определяется свойствами одного кристалла (транскристал-литное разрушение) или двух пограничных (межкристаллитное разрушение). Тогда хемомеханический эффект, способствуя повышению химического потенциала поверхностных атомов (выход Дислокаций), стимулирует механохимический эффект, который в свою очередь облегчает выход дислокаций. Таким образом, можно сделать вывод о возможности автокаталитического химикомеханического разрушения в вершине трещины. Действительно, наблюдалось значительное увеличение скорости роста коррозионно-механической трещины во времени [19]. [c.133]

При достижении критического размера трещины С и К (коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины) получают критические значения Окр, Ккр или Ос, Кс, Для )азрушения при отрыве или при плоской деформации — Ою, хс. Существуют различные методы для регистрации критических размеров трещины или скорости распространения трещины. Так, имеются методики с применением краски для получения данных о движении трещины. Предполагается, что трещина будет окрашена до точки перехода к лавинному росту, так как при увеличении скорости трещйны чернила (краски) не успевают двигаться за трещиной. Длина трещины определяется затем по тарировочным графикам, которые строятся с помощью тарировочных образцов со щелями различной длины. [c.29]

На образцах ДКБ могут быть сделаны измерения скорости роста коррозионной трещины как функции коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины. Таким образом, в то время как гладкие образцы не могут быть использованы для определения времени до разрушения конструкций с трещиной (дефектом) или для расчета нагрузок, ниже которых конструкции с трещиной не будут разрушаться за данный промежуток времени, образцы с трещиной могут быть использованы для этих целей. Это не значит, что образцы с трещиной должны заменить все гладкие образцы при испытаниях на КР алюминиевых сплавов. Более того, такие данные, полученные на образцах с трещиной, являются ценным дополнительным материалом к пороговому значению, определенному на гладких образцах, аналогично тому как данные по росту усталостной трещины являются важным дополнением к стандартной усталостной кривой 5—N для различных сплавов [70]. И подобно данным по росту усталостной трещины, данные по росту реальной коррозионной трещины могут быть полезными для установления интервалов технического осмотра и для контроля за изменением состояния конструкций. Кроме того, значения /Сгкр могут быть использованы для установления нагрузок, которые гарантируют безопасность конструкций, имеющих необнаруженные трещины (дефекты) в коррозионной среде в течение расчетного срока службы. Специальные примеры по реальному использованию данных по образцам с трещиной (скорость и /(гкр) даны ниже (см. п. 5). [c.185]

Рис. 37. Скорость роста трещииы на четырех высокопрочных алюминиевых сплавах (сплавы те же, что на рис, 36), представленная в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины во влажном и сухом газообразном водороде (толщина плиты 25 мм ориентация трещины ВД среда газообразный водород, давление 0,1 МПа. относительная влажность 100% температура 23°С)

Скорость роста трещины в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины во влажном газообразном водороде (относительная влажность 100%) показана на рис. 37 для тех же четырех высокопрочных алюминиевых сплавов. Следует отметить, что кривые v—К имеют ту же, что на рис. 36, форму (зависимость от напряжений при низких значениях коэффициента интенсивности напряжений в области / и независимость от уровня напряжений при высоких уровнях коэффициента интенсивности напряжений в области 11). Области плато скорости (область 11) четырех сплавов довольно похожи и близки к уровнк> скорости 7-10- см/с. Характерно, что область 1 кривой v—K. для сплавов 7079 и 7039 с низким содержанием меди указывает на более низкие значения интенсивности напряжений, чем область I для сплавов 7075 и 7178, содержащих большее количество меди. Таким образом, последние два сплава могут рассматриваться как сплавы с более высоким сопротивлением развитию субкритиче-ского роста трещины во влажном водороде. Металлографический [c.191]

Т64 имеет два значительно различающихся плато скорост1Г на кривой V—К. Одно зависит от концентрации иодида, а другое не зависит (см. рис. 55). Предварительные экспериментальные результаты по влиянию температуры показывают, что плато скорости, не зависящее от концентрации иодидов, отвечает фактически термически ускоряющему процессу с энергией активации 84 кДж/моль, в то время как плато скорости, зависящее от концентрации иодидов, имеет энергию активации 16,8 кДж/моль. Это показывает, что термическая активация скорости роста коррозионной трещины тесно связана с коэффициентом интенсивности напряжений в вершине трещины и фактически не должна иметь никакого отношения к испытаниям по времени до разрушения. Представляют интерес дальнейшие исследования этих явлений. [c.214]

КР высокопрочных алюминиевых сплавов в нефти известно до некоторой степени, однако только недавно скорость роста коррозионной трещины была изучена количественно как функция К в вершине трещины при испытаниях в органических жидкостях [44, 83, 93]. Одним из первых были опубликованы результаты, показанные на рис. 71, где скорость роста трещины сплава 7075-Т651 з этаноле нанесена как функция коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины при плоской деформации. Линейная связь между скоростью трещины и К была показана для сплава 7075-Т651 в этаноле и четыреххлористом углероде. По пересечению кривой с осью абсцисс был установлен уровень Д 1кр, равный 7,7—9,9 МПа-м " для этанола и 11 —13,2 МПа-м / для четыреххлористого углерода [83]. Предполагается, что в этом случае распространение трещины происходит не в результате действия следов воды в органических растворителях [83, 93]. Следует отметить, что эти данные были получены на трещинах ориентации ДГ) и что пути распространения трещины имели смешанный характер — транс- и межкристаллитный [83]. [c.217]

Предполагается, что и в этом случае галоидные ионы и водород в качестве опасных компонентов ответственны за высокотемпературное растрескивание. Предположение о роли водорода бы ло впервые сделано в работе [139], авторы которой остались его наиболее активными сторонниками. В основе предложенной гипотезы лежит образование водорода в результате пирогидролиза хлорида. Этот водород абсорбируется либо в металле, либо в области концентрации напряжений в вершине трещины, снижая энергию разрушения. Доказательства, приводимые в пользу механизма водородного охрупчивания, следующие 1) водород образуется в процессе высокотемпературной солевой коррозии 2) данные ASTM [144] и результаты [148] показывают, что водород может абсорбироваться в условиях высокотемпературного солевого коррозионного растрескивания 3) при комнатной температуре [c.402]

Все высокопрочные алюминиевые сплавы чувствительны к межкристаллитному охрупчиванию в жидких металлах (ОЖМ). Было найдено, что следующие жидкие металлы способствуют охрупчиванию алюминиевых сплавов Hg, Ga, Na, In, Sn и Zn [94], Влияние жидкой ртути на субкритический рост трещины в высокопрочных алюминиевых сплавах при комнатной температуре интенсивно изучается. В противоположность испытаниям по времени до разрушения достижения механики разрушения позволяют количественно измерять скорость трещины как функции коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины. На рис. 20 показана типичная межкристаллитная трещина ориентации ВД в результате ОЖМ. Трещина на образце из сплава 7075-Т651 была заполнена ртутью при комнатной температуре. Соответствующая кривая V — К показана на рис. 34. Следует отметить очень высокую скорость роста трещины в области II кривой [c.221]

Растворение в общем случае предполагает удаление слоя твердого материала вдоль пути движения трещины. Такой слой может быть очень небольшим, в предельном случае это только монослой металла по стенке трещины, который реагирует в зоне вершины. Таким образом, в этом случае может п не быть принципиального различия между гипотезой растворения и гипотезой, согласно которой адсорбция или хемсорбция в вершине трещины являются основными процессами, разрушающими напряженные химические связи мел<ду атомами металла в вершине трещины [212, 2 13], так как адсорбция является первой стадией процесса растворения. Реакции, происходящие на поверхности, могут быть представлены в виде последовательных стадий, из которых самые медленные будут определять скорость полного процесса (т. е. скорость роста трещины). Возможными стадиями являются 1) транспорт реагентов к поверхности 2) адсорбция реагентов 3) реакции на поверхности 4) десорбция продуктов реакций 5) перенос выделенных продуктов с поверхности в объем раствора. Трудность состоит в том, чтобы предсказать теоретически стадию, определяющую скорость, так как это зависит не только от данной комбинации материал — среда, но и от коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины. [c.282]

Рис. 1.31. Области ( —III) на кри-ВОЙ зависимости скорости роста трещнны при КР от коэффициента интенсипностн напряжений в вершине трещины

Эти идеи никогда не смогут привести к количественной теории, которая бы предсказала скорость роста коррозионной трещины в зависимости от коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины, а также в зависимости от параметров среды и металлургических факторов. В частности, роль напряжений определяется довольно неясно, и выранчение общая теория КР использовано немотивированно. В действительности это общая теория межкристаллитной коррозии , так как при этом подразумевается явленне, основанное на различии потенциалов разных составляющих и зон вдоль границ зерен алюминиевых сплавов [51]. Из этого следует селективное растворение анодных областей, расположенных на границах или вдоль границ зерен алюминиевых сплавов. Данная модель даже качественно не может объяснить, почему некоторые сплавы чувствительны к МКК и не чувствительны к КР и наоборот, сплавы, чувствительные к КР, не подвержены в ненапряженном состоянии межкристаллитной коррозпп, если использовать представления, основанные только на электрохимических различиях. Такие качественные аргументы подтверждаются экспериментальными данными (табл. 15). [c.295]

Автором совместно с О.С.Калаханом [149, с. 3—10] рассмотрено влияние 3 %-ного раствора N301 на скорость распространения усталостной трещины различных титановых сплавов в зависимости от уровня интенсивности напряжения в вершине трещины. [c.95]

С.Я.Ярема и И.Б.Полутранко [60, с. 19—26] изучали также влияние влажности воздуха на скорость роста усталостных трещин в образцах из сплава Д16АТ и стали 65Г. Они показали сложный характер этого влияния на кинетическую диаграмму усталостного разрушения материалов. При интенсивности напряжений в вершине трещины, близкой к ско- [c.100]

У стали 15Х2НМФА наибольшее влияние асимметрии цикла наблюдается при низких значениях интенсивности напряжений в вершине трещины. При АК = 10,9 МПа м увеличение / от О до 0,6 приводит к повышению скорости роста трещины в 3,5 раза. С увеличением АК роль асимметрии уменьшается и при АК > 24,8 МПа м практически исчезает. Пороговое значение размаха коэффициента интенсивности напряжений АКг также существенно зависит от / . [c.128]

Таким образом, для реальных полимеров, в которых возможен разрыв связей на бе.чдефектлых участках, в вершинах микротрещин, т е, в областях пере 1апряжения (разрыв определяется не средним напряжением в системе о, а локальным напряжением в вершине трещин о —хо), а также в слабых местах структуры, при наличии силового и температурного ангармоннз-ма вероятность разруше шя описывается уравнением Бартенева [c.321]