Механические характеристики хрупкого разрушения. Энергетический и силовой критерии. Способы их определения

Возможны три типа раскрытия трещин (рис. 5.4): I - раскрытие тре­щины за счет растягивающих напряжений путем взаимного удаления ее поверхностей вдоль направления z; II и П1 - раскрытие трещины за счет сдвиговых напряжений путем взаимного смещения ее поверхностей к плоскости трещины вдоль направлений у их соответственно.

Первый тип. вызванный действием растягивающих напряжений, наи­более опасен. Параметры G и К, относящиеся к этому варианту раскрытия трещины, обозначаются

Критический коэффициент интенсивности напряжений Klc Критический коэффициент интенсивности напряжений К_{! С} (МПа -м^1/2) является силовым критерием разрушения:

(5.8)

Он характеризует локальное повышение уровня растягивающих на­пряжений у вершины трещины и численно равен напряжению, действую­щему впереди вершины трещины вдоль направления ее распространения на расстоянии п/2 мм от ее вершины. Если известна величина К в какой-то момент развития трещины, то разделив ее на

, получим значение на­пряжения в точке, удаленной на 1 мм от вершины трещины в направлении ее дальнейшего развитая.

Энергетический критерий сопротивления развитию трещины Gic Энергетический критерий сопротивления развитию трещины Gic (Дж) характеризует параметр:

Физический смысл этого параметра состоит в том, что он характери­зует работу, которую надо затратить на образование новой поверхности трещины единичной длины Значения К и G связаны между собой соотно­шением G = К²/Е. С точки зрения оценки сопротивления разрушению ва­жен момент начата неконтролируемого роста хрупкой трещины, когда ее длина с в уравнениях (5.8), (5.9) достигает определенного порогового значения.

Критический коэффициент интенсивности напряжений К, _с и пара­метр G/c называются вязкостью разрушения Чем больше величина этих параметров, тем более вязкий материал.

Во всех случаях обеспечивается плоскодеформированное напряженное состояние

На рис. 5.4 показаны схемы стандартных способов определения К_1С, а также широко распространенного метода растяжения образцов с кольце­вым надрезом (или плоских образцов с боковым надрезом).(см.на приложение тип 1

Обобщая сказанное, можно сказать, что процесс накопления де­формации и разрушения металлических материалов выявляет два основ­ных периода — период зарождения трещин и период распространения трещин. При статическом растяжении пластическую деформацию и по­вреждения, накопленные до начала образования шейки, можно классифи­цировать как период зарождения трещин, а образование шейки с после­дующим разрушением - как период распространения трещин.

На первой стадии микротекучести пластическая деформация наиболее интенсивно развивается в приповерхностных слоях глубиной порядка раз­мера зерна. Для металлических материалов с физическим пределом текуче­сти окончание этой стадии связано с началом возникновения негомоген­ной деформации Чернова - Людерса. На стадии текучести негомогенная пластическая деформация наблюдается по всей рабочей длине образца фронта. На стадии деформационного упрочнения в пластичных металлах и сплавах наблюдается интенсивное повышение плотности дислокаций и формируется дислокационная ячеистая структура, а при определенном критическом напряжении на поверхности металла появляются субмик­ротрещины размером порядка 1—5 мкм. Внутри металла образуется де­фектная структура с критической плотностью дислокаций в отдельных областях. Завершается эта стадия достижением максимальной нагрузки и началом образования шейки.

Процесс образования шейки связан с развитием дисюшнационных (по­воротных) мод пластической деформации, образованием ячеистой структуры с плотностью дислокаций (3 - 7) -10" ³ м'² и зарождением пор на стенках дисло­кационных ячеек. Процесс разрушения перемычек, разделяющих соседние поры, включает стадии зарождения, роста и объединения пор. В по­ликристаллах на поверхности макроизлома можно