Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

Хотя испытания на ударную вязкость давно применяются в качестве технологической пробы на хрупкость, измерение дина­ мических характеристик прочности и пластичности стали начато

случае испытаний аналогичных образцов при статическом изги­ бе. Было найдено, что это изменение нагрузки носит скачкооб­ разный характер, причем этот скачок обнаруживается при оп­ ределенной скорости удара (для образцов из малоуглеродистой стали резкое повышение прочности имело место при ударной скорости 1,5 м/с).

На всех осциллограммах Коттрелла для полуспокойной мало­ углеродистой стали четко видно падение нагрузки в момент воз­ никновения трещины, поэтому их можно использовать для по­ строения калибровочного графика взаимозависимости поглощен­

236

ной энергии (ударной вязкости) и перемещения трещины или ее критического раскрытия.

Это соотношение для стали, изученной Коттреллом, найдено

где W — ударная вязкость, кгс-м.

Аналогичные линейные уравнения можно принять для стали других марок с изменением коэффициента пропорциональности обратно пропорционально пределу текучести, который для дан­ ной стали составлял 24,6 кгс/мм2.

Рассчитанная таким образом зависимость совпадает с экспе­ риментальными данными, полученными путем сравнения резуль­ татов испытания на статический изгиб надрезанных образцов с соответствующей ударной вязкостью [36]. Соответствующие ве­ личины критических раскрытий трещин, полученные по уравне­ нию (21) по величине ударной вязкости и скорректированные с учетом предела текучести, нанесены для сравнения на график, показанный на рис. 13. Для завершения картины на этом графике были также добавлены данные по остановке трещины. Горизон­ тальная линия отклоняется от данных, найденных по значениям К, приведенным в табл. I, путем перехода к раскрытию трещи­ ны через соотношение G = К2/Е = сг„6. Подъем кривой при 0°С получен из результатов отдельно проведенных испытаний по Ро­ бертсону.

Т о л щ и н а п ластины и у д а р н а я вязк ость

На рис. 13 показаны подробные данные по температуре хлад­ ноломкости образцов из малоуглеродистой стали толщиной 75 мм, а также образцов меньшей толщины, вырезанных из этой стали для проведения статических и динамических испытаний. Поведение образцов промежуточных толщин можно интерполи­ ровать по этим данным. Поведение пластин толщиной более 75 мм менее определенно, поскольку отсутствуют данные полно­ масштабных испытаний, однако на основе вышеописанных принципов механики разрушения можно представить это поведение, как показали Ирвин [11] и Уэллс [42].

Используя уравнение (20) и допуская линейную зависимость (21) между критическим раскрытием трещины и ударной вяз­ костью по Шарли, авторы [11] и [42] приходят к следующему ожидаемому соотношению между минимальной ударной вязко­ стью W (кгс-м) при переходной температуре, пределом текуче­

237

сти Оу (кгс/мм2) и толщиной пластины Т (мм) из малоуглероди­ стой или низколегированной стали:

рис. 15, взятом из работы [36]. Графики были построены по фор­

б = G/oy. Следует отметить, что полученный критерий ставит в

ном пределу текучести. Все эти числа больше единицы, так как выбранные при построении графика (см. рис. 16) результаты испытаний исключают разрушения пластин при низких напря­ жениях. Следует отметить, что расположение прямых на рис. 16 вполне удовлетворительно соответствует общей пластической деформации пластин при разрушении: чем больше эта деформа­ ция и, следовательно, разрушающее напряжение, тем выше про­ ходит соответствующая прямая.

238

Испытания на ударную вязкость по Шарпи были выбраны для установления корреляции с крупномасштабными испытания­ ми по следующим соображениям:

1)практически повсеместная допустимость;

2)малый размер образцов, что позволяет вырезать их из раз­ личных участков конструкции;

3)использование действия ударной нагрузки для компенса­ ции недостаточной хрупкости малых образцов.

Нельзя утверждать, что эффект влияния толщины на процесс разрушения достаточно хорошо изучен и что корреляцию с удар­ ной вязкостью можно использовать каждый раз без эксперимен­ тального подтверждения. Для других испытаний на хрупкую прочность, особенно на пластинах большой толщины (натурных)

сиспользованием критерия раскрытия трещин, можно найти иные корреляции. Так, например, можно рекомендовать методи­ ку испытания на статический изгиб (см. рис. 13) натурных пла­ стин. При этом используются образцы квадратного сечения с глубиной надреза, составляющей 20% толщины. Для удовлетво­ рения уравнения (20) в условиях испытаний выше температуры хладноломкости необходимо, чтобы углы загиба перед разруше­ нием не были менее величины, равной 1000 ст,./Д. Возвращаясь к данным Майлонаса и др. (гл. 4) по повреждению при предвари­ тельном деформировании и имитации сварочных эффектов, ис­ пытание можно видоизменить, включив предвартельный обрат­ ный изгиб перед разрушающим испытанием или выполняя опы­ ты на материале после соответствующей термической обработки. На таких образцах можно также создавать предварительные трещины при циклическом нагружении для того, чтобы обеспе­ чить создание достаточно острого надреза. Перспективно так­ же испытание с ударным нагружением, которое позволяет ис­ пользовать опыт работы по хорошо известному и широко иссле­ дованному испытанию падающим грузом по методу Пеллини и Пыозака.

П Р И М Е Н Я Е М Ы Е М Е Т О Д Ы И С П Ы Т А Н И Й И П Р И М Е Р Ы И Х И С П О Л Ь З О В А Н И Я

При современном состоянии механики разрушения характе­ ристики вязкости разрушения, отражающие условия распростра­ нения начальных трещин в материалах, понятны настолько, что расчетным путем возможно предсказать многие закономерности поведения конструкций. Три характеристики вязкости разруше­ ния материалов, которые были введены выше (Gc, Кіс и бс), яв­ ляются основными. Первую можно считать наиболее важной—

240