книги / Основы экспериментальной механики разрушения

риалам. Рост усталостных трещин в полимерах обычно иссле­ дуют на основе формулы Пэриса (4.3) в терминах коэффициен­ та интенсивности напряжений. Циклическое нагружение здесь,, так же как и в металлах, приводит к более хрупкому характе­ ру разрушения. Это иллюстрирует рис. 5.10, на котором пост­ роена зависимость критического раскрытия в вершине ôi<? or скорости роста трещины в условиях статического и усталостно­ го нагружения, полученная на образцах из ПММА. Заметное уменьшение ôic под действием циклических нагрузок свидетель­ ствует об общем уменьшении области крейзинга, поскольку в соответствии с формулами .(3.7) и (3.15) rp— nEôi/8oo, где Е и Оо можно считать постоянными.

Частота 50 Гц, материал ПММА

В некоторых полимерных материалах при понижении разма­ ха ДК и повышении частоты нагружения © наблюдается пре­ рывистый рост усталостных трещин дискретными скачками. Согласующаяся с данными наблюдений модель прерывистого1 роста усталостной трещины представлена на рис. 5.11. В верши­ не исходной трещины (1) в течение некоторого числа циклов на­ гружения формируется область крейзинга (2). Когда размеры последней достигнут критического значения, трещина проскаки­ вает на всю длину области и останавливается (3). На поверх­ ности разрушения образуется одна усталостная полоса. Далеепроцесс повторяется (4). Таким образом, крейзинг имеет непре­ рывный характер, дискретно происходит лишь рост трещины.. По данным наблюдений, интервал между двумя последователь­ ными скачками обычно составляет 102—103 циклов.

Для ширины образца рекомендуется соблюдать условие Ь>50 мм.

Необходимое максимальное усилие испытательной машины» оценивается неравенством

•Р тах ^0 ,5 (Ь — 21) (00,2 + Ов)

где 0о,2 — условный предел текучести материала.

Коэффициент интенсивности напряжений определяется фор­ мулой

K=0,38QP/tVb[l + 2,308(2l/b) +2,439 (2l/b)2]

при 0,3&<2/<0,55 *.

Разрушение образца типа 1 происходит при относительно больших нагрузках.

2. Осевое растяжение цилиндрического образца с кольцевой трещиной (образец типа 2). Геометрия образца изображена на рис. 6.2. Его размеры определяются соотношениями

DK= (0,65—0,85)D, L=5£>, L ^ W , d = (0,6—0,7)D;

Л = (D—DK/2, lo= (0,15—0,20)D>/z+1,5 MM.

Рекомендуется использовать образцы диаметром D не менее 12 мм.

Оценка необходимого максимального усилия испытательной машины

•Ргоах^О,4сР(0о>2+ 0в) •

Коэффициент интенсивности напряжений определяется фор­ мулой

при 0.6D < d < 0,70 и 25 < 0,08d.

Размер 5 характеризует возможную асимметрию фронта ус­ талостной трещины, как показано на рис. 6.3. Если 2S/d ил» l^i—d2\2d превышают 0,08, образец отбраковывается.

Образцы типа 2 удобны при испытании прутковых материа­ лов.

3.Внецентренное растяжение компактного образца (тип 3)-

Всоответствии с использованными на рис. 6.4 обозначениями

b=2t, bi = 1,255, Я = 1,2Ь;

h=(0,35—0,50) b, lo= (0,45—0,55) b.

* Указанные пределы применимости расчетных формул для образцов ти­ па 1—4 гарантируют установленную стандартом точность. Если требования к точности измерений менее жесткие, то область применимости может быть расширена.

b-

Рекомендуемая толщина образцов не менее 20 мм. Оценка максимального усилия испытательной машины

■Ртах^0,2(6—/) (Оо.г+ Ов) /•

Коэффициент интенсивности напряжений

при 0,456^/^0,556.

Образец типа 3 имеет малые размеры, не требует больших разрушающих нагрузок и часто используется при практичес­ ких измерениях.

4. Поперечный изгиб плоского образца с краевой трещиной {образец типа 4). Геометрические размеры (рис. 6.5):

6 = 2 /, L =46, Li=46+0,56;

h =(0,35-0,50) 6, /0= (0,45-0,55) 6.

Максимальное усилие испытательной машины

Р т а х - ^ О Д ( 6 — / ) 2 (О о, 2 + О в ) * / 6 .

Коэффициент интенсивности напряжений

К = 3,494 PLlt \Т * [1 — 3,396(//6) + 5,839(//6)а]

при 0,456</<0,556.

Образцы типа 4 удобны при массовых измерениях.

9. Расклинивание дискообразного образца с центральной трещиной (рис. 6.10).

К — -У-1. t V R

Коэффициент У, учитывающий конечность размеров образца, изображен графически на рис. 6.10 в функции двух аргумен­ тов 1/R и р= а/2/?. Графическая форма представления величины Y получила название /(-тарировки образца.

Дискообразные образцы используются при исследовании трещиностойкости прутковых материалов в плоскости их попереч­ ного сечения.

10. Несимметричный трехточечный изгиб образца с краевой трещиной (рис. 6.11).

_ 4,2PL у

(ьг/г '

где У определяется графиком на рис. 6.11.