Б) Методы испытаний при монотонном нагружении

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 9Следующая ⇒

Испытательное оборудование, образцыи нанесение трещин (надрезов)

Для проведения испытаний при монотонном нагружении по типу I рекомендуется использовать универсальные разрывные машины с повышенной жесткостью, оснащенные электронной аппаратурой для измерения усилий и перемещений (деформаций), а также термо- и криокамерами с автоматической регулировкой и скоростью достижения необходимого уровня температуры.

Для оценки силовых параметров трещиностойкости - критического коэффициента интенсивности напряжений К_с и его наименьшего значения К_I_с, определяемого в условиях наибольшего стеснения пластических деформаций (при объемном напряженном состоянии при плоской деформации), наиболее широкое распространение получили плоские образцы с центральной или боковыми (краевыми) трещинами, предназначенные для испытаний на одноосное растяжение (рис. 1.22), а также дисковые и прямоугольные, так называемые компактные образцы для испытаний на внецентренное растяжение (рис. 1.23).

При определении параметров трещиностойкости (критической интенсивности высвобождения энергии деформации G_c и его наименьшего значения G_lc) во многих случаях предпочтение отдается образцам в виде прямоугольной или профилированных определенным образом двухконсольных балок (рис.1.24), испытываемым на рас калывание, а также образцам для двойного кручения (рис.1.25).

Для определения энергетического параметра J_c - критического значения J-интеграла и деформационного параметра трещиностой δ _с - критического раскрытия трещины в ее вершине наиболее удобны компактные образцы и образцы с одним боковым надрезом для испытаний на трехточечный изгиб (рис. 1.26).

Хотя каждому из образцов отдается предпочтение при определении какого-то одного из параметров трещиностойкости, в принципе все они могут быть использованы для определения силовых, энергетичес ких и деформационных параметров.

Образцы, показанные на рис. I.22-1.26, нашли широкое практическое применение при испытаниях на трещиностойкость изотропных гомогенных и гетерогенных материалов, в том числе отвержденных полимерных композиций и композиционных материалов.

Для испытаний анизотропных материалов, таких, как волокнистые композиционные материалы, предложен ряд модифицированных образцов, изображенных на рис. 1.27 и 1.28. Так, для испытаний на трещиностойкость однонаправленных волокнистых композиционных материалов предлагается использовать образцы в виде прямоугольной двухконсольной балки, представляющие собой трехслойную конструкцию, сердцевина которой изготовлена из испытываемого однонаправленного материала, а обшивки - из усиливающего его слоистого материала, чаще всего текстолита (рис. 1.27а). Направление ориентации волокнистого наполнителя в центральной части образца может совпадать или располагаться перпендикулярно центральной оси образца в зависимости от того, в каком направлении требуется определить трещиностойкость однонаправленного композита.

Для оценки трещиностойкости отвержденных полимерных композиций в условиях, имитирующих их состояние в композиционном материале или в клеевом соединении, т.е. в тонких пленках, расположенных между жесткими субстратами, широкое применение находят образцы в виде прямоугольной или профилированной двухконсольной балки, состоящей из двух половин заданной конфигурации, соединенных исследуемой отвержденной полимерной композицией (рис. 1.27, б, в).

Аналогичные образцы используют также для определения межслоевой трещиностойкости слоистых композиционных материалов. В этом случае тонкий листовой слоистый композиционный материал (4-6 слоев) вклеивают между двумя половинами образца, выполняемыми, как правило, из алюминиевого сплава. Для испытаний слоистых композиционных материалов на межслоевую трещиностойкость используют также плоские образцы в виде двухконсольной балки, профилированной не по высоте, а по ширине образца таким образом, что отношение длины трещины а к ширине образца Ь остается постоянным (рис. 1.27, г).

Для оценки удельной работы разрушения как однонаправленных, так и слоистых композиционных материалов используются плоские образцы с прямоугольным и треугольным надрезом (рис. 1.28, а, б).

Для корректного определения параметров трещиностойкости упругопластичных материалов образцы для испытаний должны иметь строго определенные размеры и форму. Соотношение размеров плоских образцов с трещинами для испытаний на растяжение и изгиб, а также компактных образцов для испытаний на внецентренное растяжение, оговоренное в стандартах [l07, III], приведено в табл. 1.1.. Наиболее типичные размеры нестандартных образцов в виде прямоугольной и профилированных двухконсольных балок, а также образцов для двойного кручения приведены в табл. 1.2.

Для достоверной оценки параметров трещиностойкости К_I_с и G_I_с предъявляются повышенные требования к толщине образца, от которой зависит, будет ли достигнуто в процессе испытаний объемное напряженное состояние при плоской деформации, затрудняющее пластическое деформирование материала в окрестностях вершины трещины. Ориентировочную толщину t плоских и компактных образцов или толщину перемычки t_n паза, расположенного вдоль центральной линии образцов в виде двухконсольной балки и предназначенного для ориентации распространения трещины в заданном направлении, устанавливают с использованием значений модуля упругости при растяжении Е и условного предела текучести σ ₀₂ материала [111]:

Для определения параметров трещиностойкости К_с, G_c, J_c и δ _с толщина образцов для испытаний в принципе может быть произвольной, однако при выборе толщины образца целесообразно учитывать толщину элемента конструкции или детали, для изготовления которой предназначен испытываемый материал.

Важным этапом в подготовке образцов к испытаниям на трещиностойкость является создание начальной трещины, которая должна удовлетворять следующим требованиям: фронт трещины должен располагаться перпендикулярно поверхности образца; трещина должна быть острой, чего не удается достичь пропиливанием; прилегающий к трещине материал должен иметь минимальные остаточные деформации, и поврежденность [l23j. В наибольшей степени эти требования удается удовлетворить нанесением на образец надреза определенной формы с последующим выращиванием от его вершины усталостной трещины. Для образцов толщиной t≤ 25 мм надрез может иметь прямую форму и радиус у вершины ρ ≤ 0, 1 мм (рис. 1.29, а).

Для образцов большей толщины необходимо использовать шевронные надрезы с ρ ≤ 0, 25мм (рис. 1.29, 6), преимуществом которых является то, что выращиваемые от их вершин усталостные трещины, как правило, являются симметричными и имеют фронт, расположенный перпендикулярно поверхности образца [123].

Усталостные трещины, выращиваемые в условиях знакопостоянного или знакопеременного циклического нагружения, должны иметь одинаковую длину по всей ширине сечения образца, величина которой должна быть не менее 1, 2 мм и не превышать 0, 025t (t - толщина образца). Кроме того, отклонение плоскости усталостной трещины от плоскости надреза не должно превышать 10° [111].

Скорость нагружения при испытаниях образцов с трещинами на одноосное или внецентренное растяжение, а также на изгиб или двойное кручение устанавливают по скорости перемещения подвижного захвата разрывной машины таким образом, чтобы обеспечить определенную скорость увеличения трещинодвижущих сил K_I или G_I. При этом о скорости нагружения материала вблизи вершины трещины судят по скорости приращения трещинодвижущих сил – K*_I = dK_I/dt или G*_I= dG_I/dt. В стандартном методе испытаний на трещиностойкость металлических материалов оговаривается [l07, 111], что для получения сопоставляемых результатов величина параметра K*_I должна лежать в заданных пределах. Очевидно, что выполнение условия идентичности скорости нагружения вершины трещины K*_I или G*_I особенно актуально при испытаниях образцов с трещинами из материалов, чувствительных к скорости нагружения. Это в первую очередь относится к ненаполненным полимерным материалам, в том числе к отвержденным полимерным композициям.

В процессе испытаний образцов с трещинами в условиях монотонного нагружения осуществляют запись диаграмм разрушения в координатах нагрузка Р - перемещение точек приложения нагрузки у или нагрузка Р - смещение берегов надреза v. В последнем случае для измерения смещения берегов надреза применяют датчики смещения тензорезисторного, индукционного или емкостного типа [111]. Широкое распространение на практике получили скобовые датчики смещения, представляющие собой упругую скобу с установленными на ней тензорезисторами (рис. 1.30). Скобовый датчик закрепляется либо на самом образце, либо в прикрепляемых к нему специальных клиновых упорах.

Записываемые в процессе испытаний образцов с трещинами диаграммы разрушения Р – у и/или Р – v используют для расчетов параметров трещиностойкости исследуемых материалов, методика которых может различаться в зависимости от типа диаграммы разрушения и определяемых параметров трещиностойкости. Возможные типы диаграмм разрушения показаны на рис.I.3I

Определение силовых параметров трещиностойкости K_I _с и К_с

Критические значения коэффициентов интенсивности напряжений К_1с и К_с рассчитывают с использованием нагрузок, при которых наблюдается страгивание трещины с места (P_Q) и начинается ее катастрофический (критический) рост (Р_с) соответственно. При этом также учитывают геометрические особенности испытываемых образцов. Формулы, которые рекомендуется использовать для расчетов коэффициентов интенсивности напряжений при их определении с использованием образцов различной конфигурации, приведены в табл.1.1 и 1.2.

Значения нагрузок P_Q и Р_с определяют по диаграммам разрушения Р - у или Р - v. Наиболее легко это удается сделать в тех случаях, когда диаграмма разрушения образца с трещиной линейна вплоть до достижения нагрузкой максимального значения, при котором одновременно происходит и cтрагивание трещины с места, и начало еe критического распространения (рис.I.31, диаграмма 1). При этом P_Q=Р_с, и подстановкой этого значения нагрузки в соответствующую расчетную формулу можно определить параметр трещиностойкости К _1с,

Ситуация значительно усложняется в тех случаях, когда диаграмма разрушения образца с трещиной имеет ярко выраженный нелинейный характер (рис.I.3I, кривые 2-4), так как по такой диаграмме практически невозможно определить нагрузку, при которой трещина страгивается с места, а часто невозможно также определить и нагрузку, при которой начинается критический рост трещины (рис.I.3I, кривая 4).

Для определения нагрузки Р₀ в случае нелинейных диаграмм разрушения образцов с трещинами рекомендуется использовать так называемый метод 5%--й секущей [7, 123]. Он базируется на том, что нелинейность диаграмм разрушения образцов с трещинами обусловлена совместным влиянием двух факторов - интенсивного пластического деформирования материала вблизи вершины трещины при фиксированной ее длине и уменьшения жесткости (увеличения податливости) образца с трещиной в результате ее удлинения при докритическом подрастании. Установлено, что, если для расчета параметра трещиностойкости К_1с выбрать нагрузку P_Q, при которой удлинение трещины при докритическом подрастании не превышает 2% от ее исходной длины, то этим удлинением можно пренебречь и в расчетах использовать исходную длину трещины. Расчетным путем и экспериментально показано, что эти условия соблюдаются до тех пор, пока отклонение диаграммы Р - v от линейной при Р = P_Qн е превысит 5%. Исходя из этого и было предложено для определения расчетной нагрузки P_Q использовать секущую, наклон которой на 5% меньше наклона линейного участка диаграммы разрушения Р - v.

Для определения нагрузки P_Q методом 5%-й секущей к начальному участку диаграммы Р-v проводят касательную (рис.I.3I, диаграмма 2), на которой выбирают произвольную точку А, уменьшают соответствующую ей нагрузку на 5% и через полученную точку B и начало координат проводят прямую линию OВ, которая и является 5%-й секущей.

Если диаграмма Р – v оканчивается внутри угла, тангенс которого на 5% меньше тангенса утла наклона касательной, проведенной к начальному участку этой диаграммы, то нагрузка Р_Q принимается равной Р_с (см_. рис. I.3I, диаграмма 2), а рассчитанный по ней показатель трещиностойкости К_IC соответствует страгиванию трещины с места и началу ее критического распространения.

Если диаграмма Р – v оканчивается за пределами указанного выше угла, то значение нагрузки Р_Q определяют по точке пересечения диаграммы P-v с 5%-й секущей (см. рис. 1, 31, диаграмм 3 и 4). Если при испытаниях удается зафиксировать нагрузку Р₀, соответствующую началу докритического подрастания трещины, то для диаграмм типа 4 на рис. I.3I допускается принять Р_Q = Р₀.

По величине нагрузки Р_Q рассчитывают значение коэффициента интенсивности напряжений K_IQ, соответствующего страгиванию трещины с места. Величину K_IQ принимают равной K_IC_,если Р_с< 1, 1 Р_Q и выполняется одна из следующих двух групп неравенств [107, III]:

где ť - относительная толщина образца; φ _с - относительное сужение образца в зоне разрушения; Δ a - относительное удлинение трещины при докритическом подрастании.

Если приведенные выше неравенства не выполняются, то для определения параметра K_Ic необходимо увеличить толщину образца t. Для оценки расчетных размеров сечения плоских образцов с трещинами для испытаний на одноосное растяжение и изгиб, а также компактных образцов для испытаний на внецентренное растяжение можно воспользоваться формулой [111, 123]

где t_p- расчетное значение толщины образца; σ ₀₂ - условный предел текучести материала; β - безразмерная константа, принимаемая для большинства упругопластичных материалов равной 2, 5.

Коэффициент интенсивности напряжений, соответствующий началу критического роста трещины, в первом приближении может быть рассчитан по максимальной нагрузке на диаграмме разрушения P-v, принимемой равной Р_с (см. рис. I.3I, диаграммы 3 и 4). Его обычно обозначают К'_с и используют для определения эффективной (условной) длины трещины a'_эф:

где а - длина реальной (физической) трещины.

Далее, во втором приближении, с использованием а'_эф вместо а и нагрузки Р_с рассчитывают величину К_с, а по ней - а”_эф. За величину К_с принимают результат того приближения, которое дает значение К_с,отличающееся от результата предыдущего приближения не более чем на 2%.

В тех случаях, когда при испытаниях образцов с трещинами диаграмма их разрушения Р – v или Р - у имеет явно выраженный нелинейный характер, критическое значение коэффициента интенсивности напряжений К_с, при котором начинается катастрофический рост трещины после докритического подрастания, можно также определить, используя метод кривых сопротивления (K_R-кривых).

Кривая сопротивления представляет собой зависимость текущих значений коэффициента интенсивности напряжений K_R от эффективной длины трещины а_эф [124]. Для ее построения цри испытаниях образцов с трещинами необходимо не только записывать диаграмму разрушения P-v,. но и фиксировать длину трещины в процессе ее докритического подрастания. Для этого широкое распространение получили оптические методы и метод электрического сопротивления [125, 126].

Зная значения нагрузки Р и длину реальной трещины а в различные моменты ее докритического подрастания (не менее 10-15 то чек), для построения K_R-кривой необходимо рассчитать текущие значения параметра K_R по выражению для коэффициента интенсивности напряжений образца данной конфигурации с использованием ме тода последовательных приближений, аналогичного описанному выше, а также текущие значения эффективной длины трещины а_эф по формуле (I.89). Затем зависимость K_R от а_э _ф необходимо представить графически так, как это показано на рис. 1.32.

Для определения параметра трещиностойкости К_с по полученной экспериментально K_R- кривой необходимо построить расчетную зависимость трещинодвижущей силы от эффективной длины трещины (К -кривую). При этом К вычисляют по соответствующему выражению для ряда фиксированных значений нагрузки [124]. Точка касания K_R- и К -кривых дает величину параметра трещиностойкости К_с и критическое значение длины трещины, при котором начинается ее быстрое (катастрофическое) распространение (см. рис. 1.32).

Определение энергетических параметров трещиностойкости G_Ic и G_c

Критические значения энергетических параметров трещиностойкости, соответствующие страгиванию трещины с места (G_Ic) и началу ее катастрофического распространения (G_c), рассчитывают с использованием нагрузок Р_Q и Р_С, определяемых по диаграммам разрушения Р- у, аналогично тому, как это делается при оценке силовых параметров трещиностойкости К_I_с и К_с (см. рис. I.3I).

Для расчетов G_Ic наиболее широкое практическое применение получил метод податливости образцов с трещинами [7, 11З, 114, 123]:

G, _c= (0, 5P²/t)(dC/ da), (1.90)

где Р - нагрузка, равная P_с или P_Q; t- толщина образца; а - длина трещины; С - податливость образца с трещиной - отношение перемещения точек приложения нагрузки у к величине нагрузки Р, вызвавшей это перемещение (С=у/Р).

Податливость образца с трещиной может быть оценена расчетным путем или определена экспериментально. Например, податливость образца в виде прямоугольной двухконсольной балки может быть рассчитана по формуле [7]

ны; t, b, H и b_m- геометрические размеры образцов, показанные на рис. I.23-1.25.

Из формул (I.91)-(1.93) следует, что податливость образцов с трещинами зависит не только от их геометрии, но и от модуля упругости материала, из которого они изготовлены. Очевидно, что, если модули упругости материалов, таких как отвержденные полимерные композиции, чувствительны к скорости нагружения, то корректная оценка податливости образцов с трещинами расчетным путем затруднена [127].

Если для испытаний на трещиностойкость используют образцы в виде модифицированных двухконсольных балок, в которых испытываемый полимерный материал располагается тонким слоем между двумя металлическими половинами образца (см. рис. 1.27, б, в), то расчет податливости проводят по тем же формулам, что и для обычных образцов, но с использованием значений модуля упругости при изгибе металла, из которого изготовлены половины образца [119, 120].

Для экспериментального определения податливости используют идентичные по конфигурации и толщине образцы, содержащие трещины различной длины, которые монотонно нагружают на разрывной машине до заданной нагрузки, меньшей критической, записывая при этом на диаграммной ленте зависимость перемещения точек приложения нагрузки у от величины действующей нагрузки Р. В результате получают серию прямых Р - у (рис. 1.33, а), по углу наклона которых рассчитывают податливость образцов с трещинами различной длины.

По полученным значениям С строят зависимость податливости от длины трещины, которая для плоских образцов с трещинами, предназначенных для испытаний на осевое растяжение и изгиб, компактных образцов и образцов в виде прямоугольной двухконсольной балки является криволинейной и имеет вид, схематически показанный на рис. 1.33, 6. В этом случае величину dC/da, необходимую для расчета энергетических параметров трещиностойкости G_Ic и G_c [см. формулу (1.90)] определяют по углу наклона касательной при заданном значении а.

В случае образцов для двойного кручения и в виде профилированных двухконсольных балок наблюдаются линейные или близкие к ним зависимости С от длины трещины а (см. рис. 1.33, в), т.е. величина dc/da, определяемая наклоном прямой С-а, не зависит от длины трещины. Постоянство dC/da исключает необходимость фиксирования длины трещины в процессе испытаний, упрощая тем самым эксперимент и обработку полученных данных.

Берри [128] предложил другую методику расчета параметров трещиностойкости G_lc при монотонном нагружении образцов в виде прямоугольной двухконсольной балки, предположив, что для таких образцов взаимосвязь между нагрузкой Р, перемещением точек ее приложения у и длиной трещины а описывается выражением

P=ka^-ⁿy (1.94)

где k и n - константы, причем n = 3 для образцов с идеальной упругостью и п< 3 для реальных образцов.

С использованием энергетической концепции Гриффита для расчетов G_Ic предлагается следующая формула:

G_lc=P_cyn/(2at_п) (1.95)

где t_п - ширина трещины (толщина перемычки паза вдоль центральной линии образца, см. рис. 1.24, а); Р_с - нагрузка, соответствующая началу критического роста трещины.

На практике обычно определяют P _с для трещин различного размера и строят зависимость P_cy/t_n от а. Если эта зависимость прямолинейна, то по углу ее наклона можно определить величину 2G_Ic/ n. Коэффициент п можно оценить по углу наклона зависимости lg(P_c/y)-lga, где P_c/y-величина, обратная податливости образца и определяемая экспериментально по диаграмме Р-у.

Испытывая при монотонном нагружении образцы любой конфигурации, содержащие трещины различной длины, и записывая при этом диаграммы разрушения Р-у, параметр трещиностойкости G_lc линейно- или псевдоупругого материала можно определить по разности площадей под диаграммами р - у, полученными для образцов, содержащих трещины длиной a₁и а₂ (рис. 1.34). Площадь А_сзаштрихованного треугольника ОАЕ на этом рисунке равна упругой энергии, высвобождающейся при удлинении трещины на величину ∆ а=a₂–a₁. Определив величину этой площади, например планиметрированием, параметр трещиностойкости G_]_c можно рассчитать по формуле[113]

G₁_c=A_c/(t∆ a) (1.96)

где t - толщина испытываемого образца.

Определив разрушающие напряжения σ _с плоских образцов с центральными или боковыми надрезами-трещинами различной длины, параметр трещиностойкости G_Ic можно рассчитать по формуле Гриффита [см. формулу (I.4)] или определить графически по тангенсу угла наклона зависимости σ _с от а ^-1/2, численно равного величине (YG_lcE)^1/2.

Рис. 1.34. Определение параметра трещиностойкости G₁_c по разности площадей под диаграммами разрушения P-у идентичных образцов, содержащих трещины длиной a₁ (ОАВ) и a₂(OCD). Площадь заштрихованного треугольника ОАЕ равна упругой энергии, высвобождающейся при удлинении трещины на величину ∆ a=a₂-a₁ [113]

В тех случаях, когда диаграмма разрушения Р-у образцов с трещинами имеют ярко выраженную нелинейность (см. рис. 1.31, диаграммы 3 и 4), для определения энергетического параметра трещиностойкости G_c можно использовать метод кривых сопротивления. При этом экспериментальное определение R-кривой и расчеты трещинодвижущей силы (G-кривой) проводят аналогично тому, как это делается при определении и расчетах K_R и К -кривых. Величину параметра G_c определяют по точке касания G- и R -кривой (см. рис. 1.32).

Определение удельной энергии разрушения W_ри энергетических параметров трещиностойкости J_Ic и J_c

Для определения удельной энергии разрушения W_p и критических значений J-интеграла, соответствующих страгиванию трещины с места (J_I_C) и началу ее критического распространения (J_c), диаграммы разрушения образцов с трещинами Р-у или P-v (см. рис. I.3I) должны быть графически представлены в координатах Р-у_р или Р -v_р, где у_р и v_p- перемещение точек приложения нагрузки и смещение берегов надреза по линии действия нагрузки соответственно. Поскольку при испытаниях компактных образцов с трещинами на внецентранное растяжение v_p≠ v, то величину v_p для таких образцов определяют пересчетом по формуле [111]

здесь η - безразмерный коэффициент, равный

В случае образцов с боковым надрезом для испытаний на изгиб при измерении перемещения у в сечении, где приложена сила, т.е. в середине расстояния между опорами, у_р = у. Для плоских образцов с центральной или двумя боковыми трещинами для испытаний на осевое растяжение в качестве величины v_pпринимают максимальное смещение берегов трещины, измеренное электромеханическими тензометрами.

По перестроенным в координаты Р-у_р или P -v_р диаграммам разрушения планиметрированием определяют работу разрушения А_р(рис. 1.35), с использованием которой и площади образца в ослабленном трещиной сечении определяют удельную энергию (работу) разрушения W_p:

где F₀= t(b- a).

Если диаграмма разрушения испытываемого образца с трещиной имеет вид, соответствующий диаграммам 1 - 3 на рис. 1.31, то критические значения интеграла J_c рассчитывают по формуле [l07, 111]

J_c=α A_p/[t(b-a), (1.100)

Α - безразмерный коэффициент, зависящий от конфигурации образца с трещиной; например, для плоских образцов с боковой трещиной для испытаний на изгиб α = 2, а для компактных образцов для испытаний на внецентренное растяаение α =2, 44.

Величину J_c принимают равной J_I_c, если диаграмма разрушения образца с трещиной Р- у_р или Р - v_pимеет вид, аналогичный диаграмме 1 на рис. 1.31. Если же она характеризуется отклонением от линейности до достижения предельных значений нагрузки и имеет вид диаграмм 2 или 3 на рис. 1.31, то величину J_cсчитают равной J_I_c только при условии, что отношение расчетной толщины образца

к фактической толщине образца t меньше или равно единице. В формуле 1.101σ ₀₂ - условный предел текучести материала, σ _b - разрушающее напряжение. Если отношение t_p/t> 1, то для определения интеграла J_I_c необходимо увеличить размеры образца.

В тех случаях, когда диаграммы разрушения испытываемых образцов с трещинами имеют вид, соответствующий диаграммам 3 и 4 на рис. I.3I, значения параметров трещиностойкости, характеризующих условия страгивания трещины с места, могут быть также определены методом кривой сопротивления (J_R-кривой). Для построения J_R-кривой проводят испытания не менее 4-6 образцов, длина трещин в которых отличается от заданной не более чем на ±3%. Первый образец при заданной температуре испытаний доводится до разрушения или заметного спада нагрузки. Остальные образцы нагружают до меньших значений перемещений v или у, разгружают и определяют величину подрастания Δ а и увеличения площади трещины Δ F при ее докритическом росте. Затем планиметрированием диаграммы Р-у_р или Р- v_p(см. рис. 1.35) для каждого образца определяют полную работу нагружения А до точки разгрузки и с использованием этой величины рассчитывают значение интеграла Jr [l07, 111]:

где α ₁ и α ₂ - безразмерные коэффивденты, приводимые в литературе [111].

Начальный участок J_R - кривой, соответствующий затуплению вершины трещины до начала ее докритического подрастания, как полагают, может быть описан выражением [111, 123] Jr= (σ _о₂+σ _b)Δ а, (1.10З)

где σ _о₂ - условный предел текучести материала; σ _b - разрушающее напряжение.

Определив в независимом эксперименте показатели σ ₀₂ и σ _b и задаваясь приращением длины трещины Δ а, рассчитывают значения J_R по формуле (1.103) и строят график зависимости J_R от Δ а так, как это показано на рис. 1.36. Затем по экспериментально определенным значениям J_R и Δ а строят второй, более пологий участок J_R-кривой, соответствующий докритическому подрастанию трещины. Параметр трещиностойкости J_IC определяют по точке пересечения прямолинейных участков J_R - кривой, соответствующих затуплению и докритическому подрастанию трещины (см. рис. 1.36).

Определение деформационного параметра трещиностойкости δ _С.

Для определения критического раскрытия трещины в вершине предпочтительно использование образцов с боковым надрезом для испытаний на изгиб и компактных образцов для испытаний на внецентренное растяжение. В процессе испытаний таких образцов рекомендуется измерять перемещения берегов трещины v₁ и v₂ на расстояниях l ₁ и l ₂ от вершины трещины с помощью двух датчиков смещения. При этом l ₁= 2-3 мм, а l ₂> 5-6 мм. Критическое раскрытие трещины в вершине δ _С определяют для точек С на граммах типа 1-3 и точки О на диаграмме типа 4 на рис. 1.31. Расчеты проводят по формуле [l07, 111]:

Величина δ _С может быть также определена по данным перемещений берегов трещины v, зафиксированным с помощью одного датчика смещения, на расстоянии l от вершины трещины. При этом l=а + z+(b₁-b) длякомпактных образцов и l=а +z для образцов с боковым надрезом для испытаний на изгиб, где b₁, и b - размеры, показанные на рис. 1.23; а - длина трещины; z- глубина поднутрений в надрезе образца, предусмотренных для крепления датчика смещений (см. рис, 1.30). Критическое раскрытие трещины в вершине δ _с в этом случае определяют по формуле [l07, 111]

_Где - безразмерный коэффициент, больший или равный 2, 2 в зависимости от конфигурации испытываемого образца.

Значение можно рассчитать по формуле (1.98). Параметры n₁ и σ _N, входящие в эту формулу, для плоских образцов с боковым надрезом, предназначенных для испытаний на изгиб, равны:

Параметры n₁ и σ _N для компактных образцов могут быть рассчитаны по формулам (1.97, 1.98), приведенным выше.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 Следующая ⇒
Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2025 год. (0.02 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал