Файл: Хрупкие разрушения сварных конструкций..pdf

Id JO мм

Рис. 13. Развитие деформации во времени [30]

29

уходит слегка вверх, а затем, проходя остальную часть пласти­ ны, остается приблизительно прямолинейной; в редких случаях трещина уходила выше линии надреза (горизонтальной линии, соединяющей надрезы на противоположных краях пластины) дальше, чем это показано на рис. 14. В этих испытаниях пластин поверхность разрушения характеризовалась грубым строением с шевронным рисунком; в некоторых случаях возле края, где на­ чалось разрушение, поверхность излома была вполне гладкой.

Изменение деформации D во времени t, установленное с по­ мощью трехкомпонентных розеток на только что описанном об-

Рис. 14. Схема расположения тензорозеток на широкой пластине [30]:

I —детекторы; 2 — розетки тензодатчиков; 3 — траектория трещины; 4 — вторичная трещина; 5 — ось надрезов

разце, показано на рис. 15. На этом графике нулевая абсцисса приблизительно соответствует моменту начала разрушения.

Вертикальная и.наклонная составляющие деформации, отме­ ченные каждой розеткой, по мере прохождения трещины в зоне розетки уменьшаются, затем монотонно и быстро возрастают до максимального значения. За максимумом наблюдается падение деформаций до уровня, обусловленного релаксацией напряжения в образце при распространении трещины. Для датчиков, распо­ ложенных ближе к излому, пик деформации более острый, чем для относительно удаленных,— в этом случае максимальная сред­ няя ордината имеет меньшую величину, а максимум более ра­ стянут во времени.

Кривые показаний горизонтальных датчиков (ориентирован­ ных параллельно распространению трещины) характеризуются тремя основными изменениями. Вначале происходит некоторое уменьшение начальной поперечной деформации, после чего наб­ людается импульс сжатия, соответствующий пику деформации растяжения в вертикальном направлении.

Максимальная скорость деформации, определенная по накло­ ну кривых показаний вертикальных датчиков в области появле­

30

ния пика, находится в пределах 100—10 900 % /с. Наибольшая скорость деформации была отмечена датчиками, ближайшими к траектории разрушения. Дальнейшее исследование этих же дан­ ных показало, что скорость деформации на кромке трещины (эта скорость была получена экстраполяцией имевшихся данных) мо~ жет быть на порядок выше указанной величины.

Рис. 15. Экспериментальные и расчетные кривые развития деформации во времени [30]: / — розетка 5, 28 мм ниже излома; 2 — розетка 3, 104 мм ниже излома; 3 — розетка 11, 178 мм ниже излома

Чтобы получить картину распределения деформации на по­ верхности пластины во время прохождения трещины, были ком­ плексно проанализированы данные испытаний, проведенных при идентичных условиях; это позволило построить эпюру главных максимальных деформаций для трещины различной длины. Бы­ ло установлено, что для пластин шириной 1830 мм величина и протяженность поля деформаций, связанные с вершиной распро­ страняющейся трещины, увеличиваются от исходной величины вблизи источника разрушения до установившегося состояния пос­

31

ле прохождения приблизительно четверти ширины пластины. Для большинства розеток при приближении разрушения к розетке направление максимальной главной деформации немного изме­ няется, следуя за фронтом распространяющейся трещины в тече­ ние короткого промежутка времени прохождения трещины около розетки. Серия типичных эпюр максимальных главных деформа­ ций для трещин длиной 560—1270 мм в пластинах шириной 1830 мм показана на рис. 16.

В следующей серии испытаний широких пластин исследова­ лось развитие разрушения в пластинах при наличии остаточных

стали, тогда как в средней части пластины наблюдалась доволь­ но равномерная деформация сжатия (как это показано на рис. 17).

Во всех предварительно напряженных образцах хрупкое раз­ рушение легко инициировалось ударом клина по образцу даже в тех случаях, когда внешняя нагрузка отсутствовала. Во время трех опытов, в которых к образцу была приложена внешняя на­ грузка около 2 кгс/мм2, необходимая для правильной установки его в захваты машины, происходило полное хрупкое разруше­ ние; в четырех других с остаточными напряжениями в образцах разрушение задерживалось в зоне сжимающих остаточных нап­ ряжений. Из этих образцов, в которых разрушение не происхо­ дило до конца, три были испытаны без приложения нагрузки. Очевидно, сжимающие остаточные напряжения, нормальные к траектории трещины, и небольшая величина запасенной энергии в системе образец — машина явились фактором, вызывающим остановку хрупкого разрушения. В любом случае результаты этих экспериментов показывают, что уровень приложенных

32

(внешних) напряжений, достаточный для непрерывного полного развития разрушения, весьма низок.

Врассмотренных выше испытаниях пластин шириной 1830 мм,

вкоторых отсутствовали остаточные сварочные напряжения, для возникновения разрушения в аналогичных условиях испытаний требовалось приложить напряжение выше 10,5 кгс/мм2. Тот факт,

Расстояние от края пластинами

Ю

Рис. 17. Пластина с остаточными напряжениями [28]: а — конструкция образца и траектория разрушения;

ренная прорезь; 4 —датчик деформации

что хрупкое разрушение образцов с остаточными напряжениями происходит при небольшой внешней нагрузке или без нее (даже в лабораторных условиях), указывает, что поле растягивающих остаточных напряжений значительной величины и протяженно­ сти существенным образом способствует возникновению и разви­ тию процессов хрупкого разрушения.

В то время как растягивающие остаточные напряжения спо­ собствуют хрупкому разрушению, поле сжимающих остаточных

напряжений в центральной части образца оказывает противопо­ ложное влияние. Наиболее примечательными эффектами, связан­ ными с остаточными напряжениями сжатия, являются задержка разрушения и влияние на скорость распространения трещины. Высокие скорости развития разрушения отмечались вблизи края пластины, от которого начиналось разрушение, где имелись вы­

сокие растягивающие остаточные напряжения, тогда как в центральной части пластины, в области сжима­ ющих остаточных напряже­ ний, скорости были гораздо меньшими; они были значи­ тельно ниже скоростей, из­ меренных раньше при испы­ таниях пластин шириной 1830 мм без остаточных нап­ ряжений. Для пластин с за­ варенными прорезями, в ко­

центральным надрезом и сварных образцов, которые будут рассмотрены ниже. На этом графике го оси абсцисс отложено время разрыва датчиков скорости или время, соответствующее пику по­ казаний тензодатчика, а по оси ординат — расстояние вдоль тра­ ектории трещины наклон кривых характеризует скорость разви­ тия разрушения. Для удобства сравнения на графике указаны значения скоростей.

Влияние поля остаточных напряжений на кривые динамичес­ ких деформаций, полученное на основании испытаний пластин с заваренными прорезями, показано на рис. 19. Кривые получены с помошыо вертикально ориентированных датчиков деформации,

34

расположенных, как это показано на рис. 17. Датчик (кривая 5), расположенный в растянутой зоне, дает обычную картину: ост­ рый пик упругой деформации растяжения во время прохожде­ ния трещины мимо датчика с последующим возвращением к ну­ левому уровню деформации (напряжения). При развитии разру­ шения через сжатую зону величина пика деформации заметно уменьшается. Уменьшение деформации часто наблюдалось до появления пика растяжения на датчике. Длительность импульса деформации заметно увеличивается, составляя в среднем приб­

внешней нагрузки, а также остаточных напряжений. Траектория разрушения (см. рис. 17) отклонялась от прямой линии, но в об­ щем проходила в направлении, практически нормальном направ­ лению максимальных главных напряжений.

Строение поверхности излома в зонах растягивающих и сжи­ мающих остаточных напряжений заметно отличалось. Возле края, где начиналось разрушение и имелись растягивающие ос­ таточные напряжения, строение излома было достаточно грубым с легким шевронным рисунком. В зоне с сжимающими остаточ­ ными напряжениями, где измеренные скорости развития разру­ шения были значительно ниже, излом был менее грубым, хотя и имел хрупкий характер; исследование показывает, что поверх­ ность излома состоит главным образом из транскристаллитных сколов. В области с относительно гладкой поверхностью излома не было заметно шевронного рисунка.

Во введении к книге на рис. 1, в показаны фотографии типич­ ных изломов в областях с исходными растягивающими и С Ж И ­