книги / Механика разрушения. Быстрое разрушение, остановка трещин

234 Дж. Хан, А. Розенфилд, К. Маршалл и др.

ДК.Б. Двойные образцы состоят из стартовой части, изготов­ ленной из закаленной стали A1SI 4340, которая электронно­ лучевой сваркой соединяется с рабочей частью, изготовлен­ ной из исследуемой конструкционной стали. В стартовой ча­ сти находится тупой исходный надрез, который позволяет задержать начало разрушения до тех пор, пока K Q (уровень инициирующего К) не превысит величину Кю для исследуе­ мого материала. В то же время закаленная стартовая часть ограничивает пластическую деформацию, повышая измери­ тельную способность образца по сопротивлению разрушению в момент остановки до уровня, представляющего практиче­

(см. рис. 3), но облегчение инициирования разрушения до­ стигается применением наварки из хрупкого материала, рас­ положенной в конце исходного надреза (заменяет стартовую часть образца). В обоих методах нагружение образца осу­ ществляется статически при помощи поперечного клина, чем достигается очень большая жесткость. Поэтому процесс старт — остановка трещины происходит в условиях практи­ чески неподвижных захватов и не зависит от жесткости или динамических характеристик испытательной машины. Так как при этих условиях полная энергия деформации образца уменьшается по мере распространения трещины, то первона­ чально быстрая и нестабильная трещина постепенно тормо­ зится и останавливается.

Первый метод предполагает использование анализа на основе динамической ЛМР (описан ранее) для оценки Кю при различных скоростях трещины. При испытаниях проводят два статических измерения: 1) измерение смещения точек приложения нагрузки, соответствующего началу разрушения, которое определяет величину K Q , и 2) измерение величины скачка трещины Аа, которое производят после теплового ок­ рашивания испытанного образца и последующего его долома (см. рис. 2).

По измеренным величинам значения Кю и Кш получают при помощи эталонных кривых, вычисленных с применением динамического анализа. Эти кривые, показанные на рис. 4, представляют собой зависимость между отношением Кю/Кз . Да и V (средняя скорость трешины) и дают возможность вы­ числять Кю и V по экспериментальным значениям K Q и Да. Наконец, величину Кш находят с учетом формы зависимости

240 Дж. Хан, А. Розенфилд, /(. Маршалл и др.

трещиностойкость по отношению к остановке трещины для

ент формы трещины. Множитель J3, который можно рассмат­ ривать как коэффициент запаса прочности по напряжению, введен для учета возможного влияния части кинетической энергии, а также других возможных, но не принятых во вни­ мание эффектов. При вычислениях, результаты которых при­ ведены на рис. 7, запас прочности принят равным 2.

Результаты вычислений величины D для стали А508 при наличии трещины с Q « 1,0 при значениях Кип, взятых по данным рис. 6, показаны на рис. 7. При ТИП и пониженных уровнях напряжений в стали безопасно можно допустить охрупченные области шириной 80 мм, при ТНП +50°С — области шириной 210 мм. Эти результаты показывают, что ТНП сиг­ нализирует скорее о постепенном, а не о резком повышении способности сталей тормозить разрушение. Они также позво­ ляют придать количественный смысл термину «температура остановки трещины по Пеллини» (ТОТ), так как температура ТНП - f 50°С при» пониженных напряжениях соответствует точке на кривой ТОТ, т. е. ТОТ отвечает возможности остановить быстро распространяющуюся трещину длиной '—200 мм.

Приспособления для остановки трещины

На рис. 8 показаны два вида приспособлений, которые могут быть использованы в конструкциях для остановки тре­ щин. Приспособление типа «поглотитель энергии» увеличива­ ет сопротивление разрушению на пути потенциальной трещи­ ны, в то время как приспособление типа «ребро жесткости» уменьшает силу, движущую трещину. Оба типа приспособле­ ний были оценены экспериментально, в основном в Япбнии (см. [8], где имеется обзор результатов), но подробный ана­ лиз применительно к практически важным конструкциям по существу отсутствует. Так как приспособления для остановки трещин рассчитываются на остановку сравнительно длинных трещин, то для того, чтобы разобраться в сути проблемы, целесообразно использовать и энергетический подход (с уче­ том большого скачка трещины в рамках статической ЛМР). Результаты полномасштабных экспериментов по остановке трещин «поглотителями энергии», проведенных Кихарой и др. [61], были обобщены на основе приближения малого скачка трещины при пренебрежении взаимодействием образца и ис­ пытательной машины. Эти результаты сопоставлены на рис. 9 с вычислениями, основанными на энергетическом подходе