Критерии сопротивляемости разрушению в присутствии концентратора
С понижением температуры влияние концентрации напряжений на наступление разрушения возрастает по следующей причине. При сниже-нии температуры величина σразр остается почти неизменной, а σт возрас-тает. При одной и той же нагрузке эпюра τ изменяет свой вид (рис. 3.3). Так как возрастает σт, то растёт σxmax в точке 0 при постоянной нагрузке, что приводит к преждевременному разрушению.
Рисунок 3.3 – Распределение касательных напряжений τ при разных температурах и пределах текучести металла У высокопрочных материалов величина σт сближается с σ разр, что означает: у основания надреза начало пластической деформации у них соп-ряжено с образованием σxmax, более близких к σразр, чем у сталей обычной прочности, то есть разрушения у высокопрочных сталей при наличии кон-центраторов могут возникнуть при невысоких средних напряжениях. 20.Теория Гриффитса (х р у п к о г о т р е щ и н о о б р а з о в а н и я) Из-за структурных дефектов (трещин, микропор, включений, дислокаций, вакансий) реальная прочность материала оказывается значительно ниже теоретической. Хрупким называется материал, сохраняющий упругие свойства вплоть до разрушения. Разрушение хрупкого материала – результат развития трещин, присутствовавших в нём изначально. Гриффитс попытался определить условие (критерий), по достижении которого первоначально «спящие» в материале трещины начинают интенсивно расти. Гриффитс предположил, что: 1) Чтобы увеличить существующую трещину, нужно дополнительно «порвать» материал у её вершины: создать внутри детали две свободные поверхности и затратить на это некоторую энергию ΔW; 2) Увеличение трещины понижает напряжения в её окрестности; при этом высвобождается потенциальная энергия Δu; ΔW – величина постоянная для данного материала. Когда напряжения достигнут определённого уровня, Δu сравняется с ΔW и трещина начнёт расти самопроизвольно. Представим себе сквозную поперечную трещину края растянутой полоски из хрупкого материала. Во всём объёме полоски напряжения σ распределены равномерно, за исключением вершины трещины (там локальный всплеск напряжений) и области сверху и снизу от трещины (там напряжения будут снижены вплоть до нуля). Для удобства расчёта зоной напряжений, существенно меньших σ будем считать полукруг. Трещина получает небольшое приращение). Объём зоны пониженных напряжений, радиусом которой является длина трещины, увеличится. Потенциальная энергия изменится/ Энергетический критерий Гриффитса роста трещины (1920 г.). (ơ2 *π *L)/ E=4*Y Польза формулы – в установлении связи между растягивающими напряжениями σ и длиной трещины l. Если известно напряжение σ, можно быть уверенными, что трещины, длиной меньше l расти не будут. Тем более, что формула выведена для идеального хрупкого материала и не учитывает свойств материала реального, тормозящих развитие трещины: пластичность, неоднородности и т.д. две поверхности В вершине реальной трещины происходит пластическая деформация металла, причём затрачиваемая на неё работа может быть гораздо больше поверхностной энергии g идеально хрупкого разрушения. Эту работу, как заметили Ирвин и Орован в 1952 г., можно учесть в рамках той же схемы Гриффитса, если приписать поверхностной энергии более широкий смысл.
|
