Динамическая вязкость разрушения

Динамическая вязкость разрушения представляет собой сопротивление росту трещины за точкой нестабильности. Экспериментальное определение динамической вязкости разрушения связано со значительными трудностями. Из рассуждений, приведенных в предыдущих параграфах, можно сделать заключение, что мгновенная скорость выделения энергии в динамическом процессе, вычисленная по тем же правилам, что и ее статический эквивалент, не является мерой вязкости, поскольку в этом случае возникает излишек энергии. Кроме того, задача дополнительно усложняется из-за вклада кинетической энергии. Измерение вязкости при остановке трещины (GIa или KIa) не приносит много пользы. Если в процессе распространения трещины участвует кинетическая энергия, то значение G при ее остановке меньше, чем сопротивление ее росту, и это значение зависит от размера трещины и скорости ее распространения (см. рис. 6.10 и 6.11). В случае, когда расходуется вся кинетическая энергия, из-за эффекта постепенного понижения скорости до нуля вязкость при торможении трещины, вероятнее всего, равна KIa, а интенсивность выделения энергии — значительно ниже. Понимание того, как надо измерять динамическую вязкость разрушения, в определенной степени улучшит полное решение динамической задачи о распространении трещины, учитывающее энергию упругих деформаций и кинетическую энергию. Динамическая вязкость разрушения, или динамическая R – кривая, определяется зависимостью свойств материала (из которых наиболее важным является предел текучести) от скорости деформирования. Динамическую вязкость можно измерять и в квазистатических испытаниях на разрушение при условии, что скорость деформирования при вершине трещины (стационарной) имеет тот же порядок, что при вершине трещины, движущейся с большой скоростью. Это дало бы возможность определять динамическую вязкость KId как значение KI в точке нестабильности в обычном испытании на определение KIc, проведенном при больших скоростях деформирования. Если величина (или ) для трещины, движущейся с большой скоростью, известна, то соответствующая ей динамическая R – кривая может быть установлена с помощью данных о величине KId как функции скорости нагружения (). Сложность заключается в том, что вершина трещины деформируется и, следовательно, скорость деформирования является функцией предела текучести, в то время как сам предел текучести в значительной мере зависит от скорости деформирования.

Полуэмпирические решения задачи были предложены Ханом и др. [23], а также Краффтом и др. [24, 25]. Экспериментально полученные данные о характеристиках разрушения, как оказывается, находятся в определенном согласии с их вычисленными значениями. Некоторые из результатов представлены на рис. 6.17. Эти данные представляют интерес для изучения динамики процесса разрушения и его зарождения. Они указывают на сильную зависимость вязкости от скорости деформирования, которую следует принимать во внимание, имея дело с конструкциями, деформирующимися с большими скоростями. Расчет зависимости вязкости от скорости нагружения (см. [23, 24]) легче всего провести для случая образования трещин в хрупком материале (см. [26]). Преобразование этих данных в динамические R – кривые осложняется тем фактом (см. [27]), что распределения напряжений при стационарной и движущейся трещинах могут быть различны.

Рис. 6.17. Влияние скорости нагружения на вязкость разрушения стали А302В [24] [С = (t°F – 32)·1,8]

Для того чтобы в опыте на разрушение получить высокую скорость нагружения, в некоторых случаях (например, см. [28]) используется усовершенствованный маятник Шарпи. При этом необходимо измерять силы, возникающие в образце при ударе молотка. Определенная таким образом динамическая вязкость разрушения представлена на рис. 6.18.

Рис. 6. 18. Динамическая вязкость разрушения,
полученная в тестах на усовершенствованном маятнике Шарли [28]
(по данным Пергамона)



 Предыдущая  § 6.6. Динамическая вязкость разрушения
 
Яндекс цитирования
FEA.RU - Расчеты прочности, CAD/FEA/CFD/CAE Технологии, КЭ механика