Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

сящую от скорости распространения трещины, которую изме­ ряли при проведении экспериментов. Экспериментальные результаты [32] для стали различных марок и толщин (по вязкости разрушения), скорректированные указанным спосо­ бом, дали значения вязкости разрушения того же порядка, что и найденные другими способами. Интересно также, что резуль­ таты, выраженные в виде зависимостей приложенного растя­ гивающего напряжения от температуры остановки трещины, хорошо согласуются с данными Иошики и Каназава [33] для стали тех же марок, полученными при испытаниях на двойное растяжение в условиях температурного градиента.

сн а д р е з а м и

Вэтих испытаниях, описанных в гл. 2, остановки трещин происходили в изотермических условиях, причем в образцах после сварки имелось поле остаточных напряжений, так как образцы не подвергались механической или термической обра­ ботке для снятия напряжений. Условия для остановки трещи­ ны, очевидно, возникают вследствие особенностей распределе­ ния остаточных напряжений, понижающихся вдоль ее траек­

тории от сварного шва к краям образца.

Исследование условий распространения трещины только за счет остаточных напряжений было предпринято Уэллсом [34] для сваренной встык пластины толщиной 25 мм. При этом использовалась экспериментальная методика, включающая определение остаточных напряжений на одном типичном образ­ це, а также измерение раскрытия трещины при ее распростра­ нении на другом идентичном образце. Освобождающуюся при этом энергию определяли по способу, приводящему к уравне­ нию (2), и для получения движущей силы g дифференцирова­ ли это выражение по длине трещины. Найдено, что при раскры­ тии коротких надрезов образуются трещины эллиптического профиля (так же как и для однородного поля внешних напря­ жений), причем раскрытие достигает максимума в области сварного шва, как если бы этот участок был концентратором расклинивающего усилия. Движущую силу трещины, разви­ вающуюся в поле остаточных напряжений, можно рассчитать также по способу Масубучи [35].

Растягивающая компонента остаточного напряжения в пла­ стине вызывает такое же раскрытие надреза (трещины), расположенного перпендикулярно направлению этого напря­ жения, как равные и противоположно направленные раскли­ нивающие усилия, приложенные на кромках надреза в такой же пластине, свободной от остаточных напряжений. Если предположить, что распределение остаточных напряжений сим­

метрично относительно продольной оси пластины, то коэффи­ циент интенсивности напряжений К,-, обусловленный только остаточными напряжениями, можно определить, используя уравнение (9):

(16)

где а — половина длины трещины и аг— растягивающее оста­ точное напряжение на расстоянии х от центра трещины.

Ктс,кгс/нп1/г

5

рис. 9. Соответствие весьма хорошее, если принять во внима­ ние возможные погрешности расчета вследствие пластического деформирования металла во время проведения опыта. Видно, что величина КТ вначале увеличивается и затем падает с увели­ чением длины трещины, достигая максимума при половине длины трещины, приблизительно соответствующей общей ши­ рине зоны остаточных напряжений растяжения.

При наложении величин К,- и К а для выбранного уровня на­ пряжений от внешней нагрузки 7 кгс/мм2 распределение резуль­ тирующего значения К сравнительно равномерное, что свиде­ тельствует о невозможности остановки трещины при указанных или больших приложенных напряжениях.

Условия остановки трещины в 35 образцах толщиной 27—75

228

ммс остаточными напряжениями из малоуглеродистой стали ше­ сти марок приведены в табл. 1 [36]. Распределение остаточных напряжений было определено только в пластинах толщиной 25

ммиз стали марки F, а соответствующие значения Ктдля стали других марок были увеличены согласно его пределу текучести. Результирующие данные определения вязкости разрушения име­

ют разброс и малочувствительны к температурным изменениям в сравнительно узко исследованном интервале температур. Бо­ лее того, различия между марками стали и толщинами образ­ цов по вязкости разрушения оказались несущественными. При этом размеры пластической зоны считались существенно мень­ ше толщины пластины, что позволило пренебречь поправкой на длину трещины (пластической зоны) при определении коэффи­ циентов интенсивности напряжений. Полученные значения вяз­ кости разрушения в основном соответствуют условиям плоской деформации, и поэтому их можно сравнивать с результатами из­ мерений Крафта и Салливана [22] по инициированию трещины в образцах с кольцевым надрезом при растяжении.

Образцы такого же типа [36], разрушавшиеся при более вы­ соких температурах, неизменно обладали более высокой проч­ ностью, достигавшей предела текучести и выше, при этом оста­ новок трещин не наблюдалось, но в узком температурном интер­ вале можно отметить двойственный характер разрушения, со­ ответствующий низкой или высокой прочности, что отмечалось Крюссаром. Важно обратить внимание на то, что поведение об­ разцов при испытаниях по Уэллсу [36] и Робертсону, с одной сто­ роны, и «Esso» и на двойное растяжение, с другой стороны, су­ щественно различается по характеру температурного перехода. В первых двух случаях этот переход резкий, во-вторых случа­ ях — более плавный. По Уэллсу и Робертсону используются же­ сткие испытательные машины и короткие образцы, тогда как об­ разцы «Esso» и для испытаний на двойное растяжение сравни­ тельно более длинные и податливые. В последнем случае вслед­ ствие особенностей распределения напряжений во время рас­ пространения трещины (см. рис. 9) в изломах образцов губы сре­ за занимают гораздо большую площадь, чем в образцах по Уэл­ лсу и Робертсону. "

Эти переходные эффекты являются, по-видимому, следствием изменения напряженно-деформированного состояния в вершине трещины от плоской деформации к различным видам плоского напряженного состояния, имеющего место при одном и том же отношении размера пластической зоны перед фронтом трещины к толщине пластины, как это показано для случая высокопроч­ ных алюминиевых сплавов и стали, исследованных Ирвином и Крафтом [11]. Чаще всего заметный скачок Кіс наблюдается при изменении температуры, однако его легко получить и при изме­ нении толщины, как, например, установлено в японских испы­ таниях на двойное растяжение образцов из низколегированной

229

1. Расчетные значения коэффицентов интенсивности напряжения при остановке трещины в сварных и надрезанных широких пластинах

230