НЕКОТОРЫЕ НЕДАВНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО МЕХАНИКЕ РАЗРУШЕНИЯ

Из-за недостатка места некоторые из упомянутых выше вопросов будут рассмотрены только в общих чертах, тогда как в других случаях будут обсуждаться только избранные части с подробностями, достаточными для понимания основ­ ной идеи.

I. ОЦЕНКА НЕЛИНЕЙНОЙ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ

Для не вполне хрупких видов разрушения, т. е. разруше­ ния, когда фронт пластического течения у трещины может быть слишком обширным, чтобы его можно было не учиты­ вать или учитывать как малую поправку, и когда быстрому разрушению может предшествовать значительный докритический рост трещины, вопрос о правильном определении и оценке некой меры трещиностойкости является в настоящее время предметом дискуссии. За минувшие 10—20 лет было предложено несколько различных мер, лучшими из которых, в порядке хронологии их появления, являются /^-кривая, COD, /-интеграл и нелинейный энергетический критерий.

Нелинейный энергетический критерий, впервые предло­ женный авторами несколько лет назад [1,2], основан на об­ щем энергетическом балансе (первый закон термодинамики), соответствующем виду испытания для определения трещино­

стойкости. Пусть W и Q представляют собой соответственно скорость совершения работы приложенными силами и ско­ рость подвода или отвода тепла для тела с трещиной. Далее,

пусть ЁуR и Г представляют скорости изменения общей энер­

гии тела, причем и Г соответственно скорости изменения внутренней, кинетической энергий и энергии разрушения. Тогда в каждый момент продвижения трещины выполняется условие

где точка обозначает скорость изменения величины по вре­

мени.

Для типичных случаев испытаний по определению тре­ щиностойкости уравнение (1) можно упростить без суще­ ственной потери точности. Можно ввести следующие предпо­ ложения.

а) Образец в течение всего испытания адиабатиче­ ски изолирован и везде имеет одну и ту же температуру,

в результате чего Q » 0.

Если мы считаем, что с механической точки зрения обра­ зец во время испытаний деформируется упругопластически, то с учетом ограничений, накладываемых условием (а), об­ щее изменение внутренней энергии полностью обусловлено

изменением упругой U' и пластической U" составляющих энергий деформации:

б) Нагрузка во время испытаний обычно приклады­ вается медленно (квазистатически), и до начала бы­ строго разрушения всякое имеющее место распростра­ нение трещины будет происходить с очень малой ско­ ростью.

Поэтому скорости перемещений будут малы и квадраты этих скоростей будут еще меньше, так что скоростью изме­ нения кинетической энергии можно приближенно пренебречь,

К « 0.

Более того, вследствие малой скорости нагружения все изменения в величинах, характеризующих поле, таких, как напряжение, деформация, смещение и т. д., будут обуслов­ лены квазистатическими изменениями приложенной нагруз­ ки и (или) размером трещины. Для образца со сквозной трещиной длины с = 2а скорость изменения по времени можно переписать в виде

dt С дс *

Таким образом, в каждый момент, когда имеет место медленный рост трещины, при условиях, изложенных выше, уравнение (1) можно переписать в виде

На основе уравнения (3) трещиностойкость, согласно не* линейному энергетическому критерию [1,2], записывается в виде

причем величина в квадратных скобках соответствует началу быстрого разрушения. Заметим, что в этом определении тре­ щиностойкость представляет собой избыток скорости совер­ шения работы приложенными силами по сравнению со ско­ ростью поглощения энергии при упругой и пластической де­ формациях в момент, за которым следует быстрое распро­ странение трещины. Никаких ограничений ни на возможный размер фронта пластического течения у трещины (например, «маломасштабное течение», «крупномасштабное течение» и т. д.), ни на степень докритического роста трещины не на­ кладывалось. Такое определение является естественным обобщением определения, используемого в линейной меха-

между несколькими другими нелинейными параметрами трещиностойкости. Было проведено прямое сравнение зна­ чений трещиностойкости, полученных в соответствии с не­ линейным энергетическим критерием (Gc) t с критерием /-ин­ теграла /ic, критерием COD(G COD') и найденной в рамках

линейной механики разрушения величиной Gc\ = Kic/E для компактных образцов на растяжение из различных сплавов. Дополнительное сравнение было проведено между Gc и G* (метод /^-кривых) для тонких образцов-пластинок из алюми­ ниевых сплавов с центральными надрезами.

Поскольку выбор критической точки (точки, в которой экспериментальные данные используются для оценки тре­ щиностойкости) представляет наиболее важную определяе­ мую в опыте переменную, то целесообразность выбора той или иной точки следует тщательно обсудить.

В экспериментах по определению нелинейной трещино­ стойкости наиболее широко используются две критические точки: а) начало докритического роста трещины и б) начало неустойчивого разрушения (возможно, включающего докритический рост трещины). Последняя совпадает с максиму­ мом нагрузки для испытаний, осуществляемых с контролем нагрузки. Сравнение трещиностойкостей проводилось для обеих критических точек, так что можно было выявить влия­ ние на них докритического роста трещины. Чтобы стала по­ нятной основа для такого сравнения, будет кратко рассмот­ рена экспериментальная методика оценки каждого из пара­ метров нелинейной трещиностойкости.

Линейную часть Gc можно получить прямо из обычных выражений для коэффициентов интенсивности напряжений и соответствующих соотношений, связывающих G и К. Било показано [3], что С можно оценить по формуле