Файл: Махутов Н.А. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению.pdf

жений при развитии трещины. После создания заданных давления и температуры в сосуде интенсив­ но охлаждали зоны острого надреза жидким азо­ том, подаваемым в специальную камеру, укреплен­ ную на сосуде. Напряжения от давления, темпера­ турные напряжения и снижение пластичности в зо­ не надреза приводили к возникновению движущей­ ся трещины. Распространение или остановка тре­ щины за пределами надреза зависели от темпера­ туры стенок и напряжений, создаваемых внутрен­ ним давлением. Проводимые измерения скорости распространения трещим позволяют оценить значе­ ние коэффициента mv в уравнении (1.125). По дан­ ным этих экспериментов величина mv равна при­ мерно 50. Критическое раскрытие в вершине тре­ щин может быть вычислено по формуле (2.39).

Статические испытания дисков при всестороннем растяжении проводили ("77, 87] на сосудах, Нагру­ жаемых внутренним давлением. Диски диаметром до 500 мм вваривали в сосуды сферической формы, диаметр которых около 1500 мм. Однако эти испы­ тания сложные и дорогостоящие. В последнее вре­ мя для оценки сопротивления разрушению метал­ лов, применяемых в турбиностроении, широкое при­ менение находят разгонные испытания дисков, име­ ющих острые надрезы, инициирующие разрушения [18, 66]. Диаметр дисков 500—600 мм, толщина 50—75 мм и более. Критические значения коэффи­ циентов интенсивности напряжений для вращаю­ щихся дисков с центрально расположенной диамет­ ральной трещиной длиной /

где Qi коэффициент формы трещины;

ак — напряжения от центробежных сил, .

138

тие трещины 6, размер гт зоны пластической деформации, максимальная местная пластическая деформация е т а х в вершине трещины, приращение длины трещины А/ до возникновения нестабиль­ ного состояния. Если длина трещины значительно

Рис. 34. Характеристики деформирования и разру­ шения при статическом растяжении пластины с трещиной

ние величин б, AL, rT, emas, АН с увеличением Р оказывается близким к линейному.

Происходящие при таких нагрузках разрушения можно рассматривать как хрупкие; при этом пла­ стические деформации возникают в ограниченных зонах впереди трещины—толщина пластически деформированного слоя 5 составляет 0,4—0,5 мм

141

(см. § гл. 2). Такие разрушения описываются с ис­ пользованием линейной механики разрушения (ЛМР). В области линейной механики разрушения, когда ак =£0,44-0,6 ог, наибольшее распространение для оценки несущей способности элементов конст­ рукций получили силовые (коэффициент интенсив­ ности напряжений К\с, модуль сцепления /?•), энер­ гетические (удельная энергия разрушения ук, энергия распространения трещины Gic ) и деформа­ ционные (деформация етЯх, раскрытие трещины 6) критерии (см. § 2 гл. 1). Методы эксперименталь­ ного определения характеристик разрушения описаны в гл. 2.

С увеличением номинальных напряжений до

номинальных напряжений в рамках линейной меха­ ники разрушения в расчет вводят условную длину

щихся к пределу текучести, раскрытие трещины определяют на основе решения (1.74) упруго-пла­ стической задачи для тела с клиновидной пласти­ ческой зоной впереди трещины. Условную длину трещины с учетом пластической деформации прини­ мают равной сумме длин начальной трещины и

зоны дают одинаковые значения разрушающих на-

.пряжений (с точностью до 3%).

142

Приращение длины трещины А1 для иизкбуглёродистых сталей до момента образования неста­ бильных хрупких трещин (см. рис. 18) оказывается незначительным (Д/<С/), а величины коэффициен­ тов интенсивности напряжений Ки при их рас­ пространении в соответствии с формулой (1.125) оказываются существенно ниже, чем при возникно­ вении К 1а.

При нагрузках, превышающих нагрузки Р у , Р т , соответствующие пределам упругости и текучести, во всем наиболее нагруженном сечении пластины возникают пластические деформации и размер пла­ стической зоны г т —>-оо на основе выражения (1.71). Сопротивление деформациям ( A L , г|з, е т а х , АН) и перемещениям (б) существенно уменьшается в зависимости от коэффициентов упрочнения m или GT (см. § 1 гл. 1). В связи с этим для низкоугле­ родистых сталей, обладающих низким упрочнением в упруго-пластической области (при

коэффициенты интенсивности напряжений Kic, энер­ гия распространения трещины G j c и раскрытие тре­ щины б к немогут определяться по соотношениям (2.16), (2.14) и (1.134), а 5К по формуле (1.74) возрастает до бесконечно больших значений. При

В этом диапазоне разрушающих нагрузок исполь­ зуют деформационные критерии разрушения ек, \р, АН, а также приращение длины трещины Д/ до возникновения ее нестабильного состояния. Для

143