книги / Механика разрушения. Быстрое разрушение, остановка трещин

а,мм

Рис. 6. Показания датчиков изгибных деформаций в алюминиевом образце в зависимости от длины трещины. /, 2, 3, 4 — показания датчиков В1, В2, ВЗ и В4 соответственно.

го датчика достигает минимума, когда длина трещины не доходит до датчика примерно на 2,5 мм, и затем резко воз­ растает. Уровни сигналов от этих трех датчиков в момент

прохождения под ними трещины сравнительно одинаковы. Выходной сигнал первого датчика В1 быстро увеличивается с длиной трещины аналогично сигналам от других датчиков при одинаковой близости конца трещины, но уровень сигнала от первого датчика отличается от уровней других датчиков.

Кривые для изгибных датчиков имеют более сложный вид, чем кривые для сдвиговых датчиков, и хотя минимум выход­ ного сигнала от изгибных датчиков, имеющий место при про­ хождении трещины под датчиками, делает эти датчики при­ годными для измерения скорости трещины, более простая форма сигнала от сдвиговых датчиков делает их применение для измерения скорости трещины более предпочтительным.

Измерение деформации на участке старт — остановка трещины

Как схематически показано на рис. 2, поведение образца во время движения трещины на участке старт— остановка может рассматриваться как динамическое возмущение, нало­ женное на статическую реакцию образца на изменение на-

1600

а: Ш

а,мм

Рис. 7. Показания датчика деформации плеча алюминиевого образца в зависимости от длины трещины.

грузки и длины трещины. Посредством сравнения действи­ тельных деформаций с деформациями, вычисленными для условий статического равновесия, динамическая реакция об­ разца на участке старт — остановка трещины может быть отделена от статической реакции. Для этой цели удобно ис­ пользовать тензодатчики, расположенные так, что их показа­ ния относительно мало чувствительны к перемещению конца трещины. Поэтому во время градуировки измерялись показа-

(см. рис. .4). Выходной сигнал этого датчика не был полно­ стью не зависящим от длины трещины. Как показано на рис. 7, сигнал от датчика при нагрузке на образце 44 480 Н уменьшается примерно на 10% при увеличении длины трещи­ ны от 40 до 125 мм. Такая степень зависимости от длины трещины не умаляет полезности датчика L-1 для описания поведения образца как на участке старт — остановка трещи­ ны, так и вскоре после остановки трещины.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖ ДЕНИЕ

Скорости трещины, измеренные на поверхности

Сталь. Измерения скорости трещины на поверхности об­ разца для образцов из стали А533В были проведены при температуре вблизи ТИП, и полученные результаты, а также поверхности изломов образцов показаны на рис. 8. Все образцы имели предварительно созданную усталостную тре­ щину, выращенную в соответствии со стандартом ASTME 399-74 на испытания по определению трещиностойкости при плоской деформации металлических материалов (окон­ чательная величина Атах = 25 МН/м3/2) поэтому им соответ­ ствовали более низкие величины Kq, чем те, которые были бы, если бы рост трещины начинался от затупленных начальных надрезов. Три кривые длина трещины — время, приведенные на рис. 8, аналогичны.

Вскоре после инициирования движения трещина достига­ ла высокой скорости и затем замедлялась до низкой скорости перед своей остановкой. Скорости, на стадии быстрого рас­ пространения лежат в диапазоне от 400 до 600 м/с, на стадии медленного роста скорость трещины менее 100 м/с. На уча­ стке старт — остановка трещина растет непрерывно, без ка­ ких-либо колебаний, о которых сообщалось ранее [7]. Кроме того, время медленного роста трещины составляет заметную величину, а именно превышает 100 мкс, и зависит от способа определения длины остановившейся трещины. При остановке трещины ее фронт продвинут вперед в середине образца больше, чем по поверхности (см. рис. 8), поэтому положение последней разорванной нити решетчатого датчика всегда дает меньшую длину трещины, чем измеренная по поверхно­ сти излома.

испытаниях стали 4340 длина скачка трещины была настоль­ ко мала, что остановить испытательную машину после перво­ го скачка было невозможно. Поэтому длина остановившейся

трещины оценивалась по податливости и меткам на поверх­ ности излома.

Опять было установлено, что трещина растет непрерывно, без заметных колебаний. Хотя длина медленного распростра­ нения трещины для обеих сталей была примерно одинако­ вой из-за более низкой скорости трещины в высокопрочной стали, чем в низкопрочной, время медленного роста трещины в первой было в 5 -г- 10 раз большим, чем в последней.

Клееные алюминиевые образцы. Так как для стальных образцов отношение податливостей машины и образца вели­

П. Кросли, Э. Риплинг

t,MKC

Рис. 10. Кривые длина трещины — время для клееных алюминиевых об­ разцов (104 и 202). a — G,c = 583 Дж/м2, Gia =» 82 Дж/м2; б — Gic = = 508 Дж/м2, Gia — 68 Дж/м2. / — остановка трещины.

Показания тензодатчика деформации плеч образца

Сталь. На рис. 11, а показаны диаграммы нагрузка — вре­ мя для образцов из стали А533В, которые по своей форме идентичны диаграммам, описанным ранее [3—8]. Трещино-

решетчатого датчика (для измерений скорости использовался масштаб 10 мкс/дел.), скорость трещины по поверхности об­ разца пропорциональна наклону кривой сигнала решетчатого датчика; знак сигнала, как было установлено ранее, не имеет

Рис. 12. Сравнение сигналов датчика деформации плеч образца с дефор­

значения. Но несмотря на это, из приведенных результатов испытаний всех трех образцов очевидно, что деформация плеча образца резко уменьшается во время быстрого роста трещины и затем осциллирует с малой амплитудой и пери­ одом от 50 до 150 мкс. Эти низкоамплитудные колебания начинаются до завершения движения трещины и продолжа­ ются после ее остановки.