ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 0
где К есть функция напряжения оу в направлении, перпендику лярном к трещине на расстоянии у от конца трещины, и выражается как
К = lim а„ У 2 у . |
(6 ) |
|
ѵ->0 |
■ |
|
Заметим, что К в уравнении |
(1) равно |
К ]/ я; рекомендуем |
читателю каждый раз внимательно выяснять, какая из величин К или К исследовалась в той или иной работе.
Для пластины конечного размера Канадзава, Оба и Мачида
[49] получили выражение |
|
|
|
„ . |
л(с + *) |
|
|
2 sin --------------- |
|
|
|
К = I р(х) |
л ( с — х) |
dx. |
(7) |
2пс |
|
|
|
nb s i n -------- s i n ----------------- |
|
|
|
где p (x )d x ■—элементарное усилие |
в направлении, перпендику |
||
лярном к трещине; b — ширина образца. |
|
распре |
|
Позже Кихара и другие [54] дали для ступенчатого |
|||
деления напряжений видоизмененное уравнение |
(7), |
которое |
|
было использовано в следующих расчетах. |
(пунктирная |
||
Скорость высвобождения энергии деформации |
|||
линия на рис. 50 и 51) вычисляли следующим образом. Кривые распределения остаточных напряжений, изображенные сплош ными линиями на рис. 48 и 49, были заменены ступенчатой линией с шагом 30 мм, а затем приведенным выше способом (7) была вычислена величина К.
Результаты испытаний на возникновение хрупкого разру
шения в идентичных материалах [41] показали, что |
в образцах |
|||
с параллельными |
швами при температуре охрупчивания, опре |
|||
деленной |
для образца с одиночным швом, |
величина G была |
||
приблизительно |
2,5 кгс • мм/мм2. Полагая, |
что |
необходимая |
|
энергия |
удара |
клином в вершине надреза |
составляет |
|
2,5 кгс - мм/мм2, можно рассчитать эквивалентное напряжение сгэкв, равномерно распределенное в надрезе длиной 30 мм. Было найдено, что для образца с параллельными сварными швами, расположенными на расстоянии 150 мм, это напряжение равно 34,1 кгс/мм2; с учетом сжимающих остаточных напряжений в вершине надреза были получены результаты, показанные на
графиках сплошными линиями. |
|
(сплошные линии) с траекто |
Сопоставляя кривые для G |
||
риями трещин на рис. 50 и 51, |
можно заметить, что величина G |
|
в точке начала отклонения трещины в образце K0W-3 состав |
||
ляет около 0,05 кгс - мм/мм2, |
а |
в точке начала разветвления |
трещины в образце K0W-2 — около 0,1 кгс - мм/мм2.
100
Причину различия в отклонении трещины перед остановкой почти на 80° в образце K25W-1 и всего лишь на 20—30° в образ це K0W-3 можно частично объяснить разницей в значениях G
вэтой области.
В1960 г. Бартон и Холл [55] и Ролф, Холл и Ныомарк [56] изучали влияние остаточных напряжений на распространение
Расстояние от края
Р ис. 50. Скорость освобождения уп ругой энергии и траектории трещин в образце с одиночным сварным швом
Рис. 5!. Скорость освобождения уп ругой энергии и траектории трещин в образце с двумя параллельными
[54].По оси ординат — скорость ос сварными швами [54]. По оси орди
вобождения упругой запасенной энер |
нат—-скорость освобождения упру |
гии. По оси абсцисс — расстояние от |
гой энергии. По оси абсцисс — рас |
края пластины |
стояние от края пластины |
хрупкой трещины с иной точки зрения. Поле остаточных напря
жений создавали заваркой клиновидных надрезов, |
расположен |
|||
ных по краям пластины |
(см. рис. 18 |
в гл. 1). На |
рисунке изо |
|
бражено распределение |
остаточных |
продольных |
напряжений |
|
в одном из образцов при среднем |
приложенном |
напряжении |
||
2,1 кгс/мм2. Поскольку сжимающие напряжения в этом |
случае |
|||
были гораздо меньше, чем в образцах, показанных на |
рис. 48 |
|||
и 49, хрупкая трещина прошла через весь образец. |
|
|
||
101
Хотя Кихара и др. изучали стабильность траектории трещины с точки зрения распределения остаточных напряжений и вязко сти разрушения, Холл и др. сосредоточили внимание на измене нии скорости распространения трещины и динамических напря жениях вблизи вершины распространяющейся трещины. Ско рость распространения трещины снижалась от 1215—1520 до 15—90 м/с вместе с падением значений напряжения у вершины трещины, что происходило, когда трещина попадала в первона чальную сжатую зону. Однако направление главного напряже ния изменялось так, что оно всегда оставалось перпендикуляр ным к траектории трещины вблизи ее вершины, и трещина могла распространяться в зоне, где вначале были сжимающие напряжения.
Следовательно, можно сделать вывод, что распространение трещины определяется полем напряжений впереди трещины. По мере ее продвижения напряжения перераспределяются, и трещина отклоняется или разветвляется, оставаясь все время перпендикулярной к изменяющемуся направлению главного растягивающего напряжения в области головной части трещины.
Р А С П Р О С Т Р А Н Е Н И Е Т Р Е Щ И Н Ы П О Д У Г Л О М
К С В А Р Н О М У Ш В У
В 1961 г. Кихара, Кусуда, Иида, Мазда и Мацуока [52] исследовали влияние остаточных напряжений на направление распространения трещины под углом к сварному соединению. Образец с наклонным швом подвергали удару клином при отсут ствии внешней нагрузки и под действием растягивающей
Рис. 52. Траектория трещин в образ |
Рис. 53. Траектория трещин в образ |
цах с косым сварным швом (15°) |
цах с косым сварным швом (30°) |
[52] |
[52] |
102
нагрузки, приложенной перпендикулярно поперечной оси образ ца. Испытания были проведены на сварных образцах (неотпущенных и подвергнутых отпуску для снятия напряжений). Траектории трещин показаны на рис. 52 и 53. В скобках даны значения внешнего приложенного напряжения. При отсутствии внешней нагрузки (N30W-3) трещина возникла у надреза и про двигалась приблизительно параллельно сварному шву. По мере
|
1 |
2 |
3 |
7 |
, |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
„ „ |
I ' г - т - 1 1 I |
11 I |
' I 1 I |
|
г1- г |
11т |
1 ‘ | |
I ' I |
|
I 1 I |
I 1 I I 1 I I I |
Рис. 54 Поле остаточных напряжений и траектория трещины при внешнем напряжении 5,7 кгс/мм2 '[52]: 1 — траектория трещины в образце N30W-2;
2 — ось сварного шва; 3 — направление приложения нагрузки
увеличения внешней нагрузки траектория трещины приближа лась к направлению, перпендикулярному к линии действия внешней нагрузки. Как и следовало ожидать, в образцах, под
вергнутых |
отпуску |
при 650° С в течение |
1 ч (N15WR-1 |
и |
N30WR-1), |
трещина |
распространялась прямолинейно, как |
и |
|
в пластинах |
из основного металла (при |
отсутствии сварного |
||
шва). |
|
|
|
|
103
На рис. 54 приведен результат расчета главных напряжений, полученных суммированием внешнего равномерно распределен ного напряжения 5,7 кгс/мм2 и остаточных напряжений для образцов в исходном состоянии после сварки. Траектория трещины, показанная на этом графике, наблюдалась в образце N30W-2, разрушившемся при указанном напряжении. Вообще говоря, траектория трещины приблизительно перпендикулярна максимальному главному растягивающему напряжению (сум марному); исключение составляет только часть трещины, близ кая к краю пластины. Следует отметить, что по мере продвиже ния трещины поле напряжений изменяется; поэтому, хотя показанные на рисунке траектории трещин вполне вероятны и обычно имеют именно такой вид, иногда могут быть и другие особенности в расположении трещин.
В качестве выводов можно высказать следующие соображе ния. В обычных сварных соединениях пластин из малоуглероди стой стали, в которых уровень остаточных напряжений близок к пределу текучести, а предел текучести наплавленного металла выше, чем основного металла, остаточные напряжения суще ственно влияют на развитие хрупкой трещины. Стабильность начального направления развития хрупкой трещины существен но зависит от поля напряжений, имевшего место в исходном состоянии (до возникновения трещины). Это направление ста бильно, если оно перпендикулярно растягивающему напряже нию; в поле же сжимающих напряжений оно становится нестабильным. Хрупкое разрушение развивается преимуще ственно в направлении, перпендикулярном к максимальному растягивающему напряжению в результирующем поле напря жения впереди трещины.
Для высокопрочной и сверхпрочной стали распределение сварочных остаточных напряжений может быть несколько иным, чем для малоуглеродистой стали, так как отношение пределов текучести основного и наплавленного металла, а также другие факторы, связанные с технологией, будут существенно отлич ными. . Поэтому можно ожидать, что влияние сварочных остаточных напряжений на развитие разрушения в образцах из высокопрочной стали будет менее значительным, хотя это сле дует выяснить экспериментально.
Глава 3
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В ПЛАСТИНАХ
В В Е Д Е Н И Е
Глава начинается изложением метода расчета распределе ния деформаций и напряжений, в том числе остаточных, в простых и сварных пластинах. Это, вероятно, будет наиболее интересным для тех, кто хотел бы заранее выяснить напряжен ное состояние конструкции, например для инженеров, занимаю щихся методами снятия напряжений. В заключительной части главы помещены весьма интересные результаты проведенных в Гентском университете исследований распределения деформа ций и напряжений в пластинах с надрезами.
Для большинства инженеров очевидно, что вопросы хрупко го разрушения связаны с наличием остаточных напряжений; тот факт, что хрупкое разрушение происходило в конструкциях, где
заведомо |
имелись остаточные |
напряжения, |
можно |
считать |
||
достаточным доказательством их роли |
в хрупком разрушении. |
|||||
Такой метод |
доказательства, |
конечно, не является вполне |
||||
убедительным, |
так как возможно, что остаточные напряжения, |
|||||
несмотря на их присутствие, не |
приводят к разрушению кон |
|||||
струкции и оказывают влияние на прочность |
только |
совместно |
||||
с другими |
факторами. В таком |
случае |
естественно |
предполо |
||
жить, что в практическом смысле остаточные напряжения необходимы (или, по крайней мере, способствуют), но сами по себе недостаточны для того, чтобы вызвать общее хрупкое разрушение. Этот вывод, по-видимому, подтверждается тысяча ми работающих сварных конструкций, в которых остаточные напряжения имеют ту же природу и величину, что и в разру шившихся, но состояние которых удовлетворительно во всех отношениях. Вполне понятно, что исследователи ищут другие возможные причины хрупкого разрушения; в частности, в преды дущих и в последующих главах указывается на важную роль трещин и дефектов, их размеров, повреждения от предваритель ного нагружения и т. д.
Если допустить существование однозначной связи между напряжением и деформацией, то рассуждения о причинах
105