Торможение трещин на практике

Торможение трещины может произойти, когда G становится меньше R. С другой стороны, оно может произойти, когда R увеличивается и становится больше G. С ростом трещины в определенной степени увеличивается зона пластичности. Ясно, что размер этой зоны становится равным по порядку величины толщине пластины, так что в пластине образуется плоское напряженное состояние. Это приводит к резкому увеличению R (см. гл. V); благодаря этому эффекту величина R может стать больше, чем G, особенно если величина G при неподвижных захватах является убывающей функцией. Торможение трещины, соответствующее этому принципу, схематически изображено на рис. 6.13. В реальных конструкциях могут быть получены оба типа торможения трещин (уменьшение G или увеличение R).

Рис. 6.13. Торможение трещины за счет увеличения R

Торможение трещины за счет увеличения R можно вызвать введением полос из материала большей вязкости. На рис. 6.14 показано поведение трещины при торможении. Когда трещина проникает в полосу, сопротивление ее росту резко возрастает и возникает ситуация, при которой G < R. Если кинетическая энергия не расходуется на распространение трещины, то происходит мгновенная остановка трещины. Если же обстоятельства таковы, что кинетическая энергия может расходоваться в качестве движущей трещину энергии, то эта трещина будет прорастать в полосу до тех пор, пока ее скорость не станет равной нулю (на рис. 6.14 этому моменту соответствует равенство заштрихованных областей). По утверждению Бламма [2], Ирвином было высказано предположение о том, что остановочная полоса должна иметь ширину порядка 2rp+2B. Такой грубый подсчет в случае, показанном на рис. 6.14, вряд ли применим, поскольку способность полосы тормозить трещину, очевидно, зависит от размера трещины. Остановочная полоса на рис. 6.14, б имеет те же размеры, что и полоса на рис. 6.14, а, но в момент возникновения нестабильности она расположена дальше от вершины трещины. Так как площадь A меньше площади C, то трещина проскакивает через вставку, не задерживаясь (линия n). В случае малой трещины (линия т) задержки трещины также не происходит из-за большой крутизны G – линии. Для убывающих G – линий, конечно, ситуация несколько иная, однако принцип остается тем же.

Рис. 6.14. Сварная вставка для торможения трещин:
а - торможение трещины; б — торможение трещины не достигнуто

Вряд ли вставки из материала большой вязкости разрушений можно делать во многих конструкциях, поскольку занимаемое ими пространство должно быть небольшим (рис. 6.14, б). Материал вставки обычно имеет свойства, отличные от свойств основного материала (например, более низкий предел текучести). Если основной материал был выбран из-за своих статических прочностных свойств, то наличие большого числа вставок с гораздо более низкой прочностью недопустимо. Перспектива вставки в трубопровод колец из низкопрочного материала малопривлекательна. Из-за более низкой стати ческой прочности стенки вставок должны иметь большую толщину. Помимо возрастания сопротивления течению проходящей по трубопроводу среды увеличение толщины стенок в местах вставок малоэффективно, поскольку вязкость зависит от толщины. Эта проблема может быть разрешена (см. [2]) разрезанием вставок на пластинки. Тонкие пластинки могут быть выполнены из того же материала, что и основная конструкция. Наличие пластинок приведет к образованию при вершине трещины зоны плоского напряженного состояния, и таким образом сопротивление росту трещины резко возрастет. Полосы для торможения трещины могут еще быть использованы так, чтобы даже при постоянной нагрузке значение G уменьшалось. Рассмотрим остановочную полосу, скрепленную с пластиной болтами A и B (рис. 6.15). В отсутствие полосы точки A и B при приближении трещины могут свободно двигаться относительно друг друга. Наличие полосы ограничивает эти перемещения. Это означает, что от полосы на пластину через болты передаются силы Р. Эти силы уменьшают коэффициент интенсивности напряжений и, таким образом, уменьшают G. Чем ближе вершина трещины приближается к АВ, тем больше становятся силы P, что делает уменьшение G более эффективным. Наибольший эффект ослабления достигается тогда, когда вершина трещины немного заходит за линию AB. Схематическое изображение получающейся при ним G – линии представлено на рис. 6.15. (Эта проблема уменьшения G c помощью полос и стрингером подробно рассмотрена в гл. XVI, посвященной панелям, усиленным ребрами жесткости.)

На рис. 6.15 изображено торможение трещины, происходящее из-за понижения G – кривой. В гл. XVI приведены многочисленные примеры такого типа задержек трещин. Этот принцип был использован Йошики и др. [22] в испытаниях образцов с наваренными полосами. Один из полученных ими результатов представлен на рис. 6.16. Остановка трещины происходит при G = Gc, так что, по всей вероятности, кинетическая энергия не участвует в процессе распространения трещины. Однако следует отметить, что величина Gс имела оценочное значение. При использовании наваренных полос вместо полос, скрепленных болтами, следует обратить внимание на то, чтобы сварные швы проходили по краям полос. В случае длинных полос следует делать короткие сварные швы через короткие интервалы. Если вдоль всей полосы сделан непрерывный шов, то трещина может прорасти в сварочный материал и через него в полосу. В этом случае полоса становится неэффективной.

Со стороны полосы на пластину действуют силы P. Если P превысит величину продольной прочности пластины, то последняя разрушится. В этом случае эффективность полосы уменьшится до нуля. Если P достаточно велико, чтобы в полосе возникли пластические деформации, то эффективность ее также сильно уменьшается. Подробное обсуждение этих проблем приведено в гл. XVI.

Рис. 6.15. Остановочная полоса на болтах

Рис. 6.16. Испытание на торможение трещины наваренной полосой



 Предыдущая  § 6.5. Торможение трещин на практике  Следующая 
 
MYsopromat.ru - сопромат в режиме on-line
Яндекс цитирования