Возникает вопрос, действительно ли критерии обоснованности испытаний по определению K_Ic имеют на практике столь важное значение. В этом вопросе до сих пор много путаницы. Величина K_Ic, определенная в условиях строгого выполнения этих критериев, есть (в определенных пределах) константа материала. Если критерии применяются произвольно, то согласованных значений этой константы не получается. Если материалы необходимо охарактеризовать их вязкостью (как они характеризуются прочностью на растяжение и пределом текучести), то при этом могут быть использованы только обоснованные данные по определению K_Ic. Материалы, обладающие определенной вязкостью, должны быть снабжены паспортом с проставленным в нем обоснованным значением величины K_Ic. Классификация материалов в соответствии с их вязкостью разрушения, вообще говоря, должна быть основана на обоснованных данных.

Если критерии обоснованности не выполняются, то измеренное значение вязкости K_Q не является константой материала. Величина K_Ic, зависит от геометрии образца (см. гл. VIII). Когда размер образца слишком мал (или трещина слишком мала), измерение величины K_Q приносит мало пользы. К этому заключению можно прийти, рассматривая рис. 7.6. При слишком малой толщине образца B значение K_Q может быть все-таки весьма полезным: это значение является мерой вязкости пластины данной толщины.

Поскольку на практике деформация элементов конструкций не является плоской из-за недостаточной толщины этих элементов, их сопротивление росту трещин не определяется коэффициентом K_Ic. В таких случаях действительная вязкость обычно больше, чем K_Ic; это означает, что использование коэффициента K_Ic приводит к заниженным оценкам допустимой длины трещины и остаточной прочности такой конструкции. Эти оценки могут быть гораздо более заниженными, особенно в тех случаях, когда интенсивность напряжений, при которой происходит разрушение, значительно выше, чем при хлопке (см. гл. VIII). Хотя обоснованные значения коэффициента K_Ic, несомненно, очень полезны, следует иметь в виду, что для каждого приложения следует использовать то значение вязкости, которое соответствует данной геометрии и толщине (см. [8]), и не следует строго придерживаться обоснованного значения K_Ic, если оно мало подходит для данного случая.

В элементах конструкций, толщина которых такова, что в них преимущественно устанавливается плоская деформация, часто образуются трещины, имеющие форму полуэллипса. Как показано в гл. III, интенсивность напряжений вдоль фронта такой трещины меняется. Интенсивность напряжений максимальна на конце малой оси (которая обычно является наиболее глубокой точкой поверхностной выемки). Если а и с — полуоси эллипса, то

где — интенсивность напряжений на конце главной оси. Обычно предполагается, что разрушение происходит, когда Однако в этот момент это означает, что на конце главной оси трещина распространяться не может. На самом деле разрушение произойдет при т. е. действительное поведение материала при разрушении зависит от формы выемки и еще больше — от анизотропных свойств материала. Этот вопрос рассмотрен в гл. XI.

Величина K_Ic для структурных материалов может принимать различные значения, поскольку вязкость разрушения зависит от направления распространения трещины (анизотропия), термообработки (предел текучести), температуры и многих других параметров (вопрос о влиянии этих переменных на величину вязкости рассмотрен в гл. XI). Поэтому при использовании значений K_Ic следует указывать условия, в которых находился материал, и обстоятельства, при которых были получены эти данные. В табл. 7.1 приведены некоторые данные вязкости разрушения ряда сплавов, что позволяет оценить величину коэффициента K_Ic для некоторых строительных материалов.

Значения вязкости разрушения для плоской деформации высокопрочных материалов лежат в пределах от 50 до 350 кгс/мм^3/2 (15 – 100 ). В табл. 7.1 указаны требуемые толщины образцов. В зависимости от предела текучести материала требуемая толщина, как правило, имеет порядок от 2 до 20 мм. Для практических целей образцы с толщиной, меньшей 10 мм, используются редко. Материалы с низким пределом текучести имеют ударную вязкость при плоской деформации порядка 500 кгс/мм^3/2 или более, однако такие значения вязкости точно измерить нельзя. Высокая вязкость при низком пределе текучести приводит к чрезвычайно высоким значениям (K_Ic/σ_уs)², так что требуемая для стандартного испытания толщина может достигать величины порядка 1 м и более. Совершенно очевидно, что на практике испытания на определение K_Ic материалов такой высокой вязкости неосуществимы. Характеристика материала с точки зрения его сопротивления росту трещин должна быть основана на различных механических концепциях разрушения типа РТ (см. гл. IX) или, где это возможно, J – интеграла (гл. VI).

Проведение испытаний на определение величины K_Ic для этих материалов непрактично и, более того, бесполезно. Материалы вряд ли будут использоваться даже при толщинах порядка 1 м. Здесь видно одно из ограничений ЛУМР (линейной упругой механики разрушения), применимых только к материалам, для которых отношение модуля упругости к пределу текучести при комнатной температуре меньше (в грубом приближении), чем 200–250. При низких температурах металлы могут проявлять существенно больше хрупких свойств (например, хрупкое разрушение в сталях). Таким образом, ЛУМР для температуры вязкохрупкого перехода или ниже применима даже к низкопрочным сталям (см. гл. XI).

Таблица 7.1 Типичные значения К_Ic при комнатной температуре

Материал	Условия	σys		KIc		Необходимая минимальная толщина B
		кгс/мм2	кси	кгс/мм3/2		мм	Дюйм
Стали
легированные
300	900°F, 3 ч	200	285	182	52	2,1	0,09
300	850°F, 3 ч	170	242	300	85	7,8	0,31
250	900°F, 3 ч	181	259	238	68	4,3	0,18
Сталь Д6АС	Термообработка	152	217	210	60	4,8	0,20
	Термообработка	150	214	311	89	10,7	0,44
	Поковка	150	214	178–280	51–80	–	–
Сталь 4340	Упрочнение	185	265	150	43	1,7	0,07
А 533 В	Реакторная сталь	35	50	630	180	810,0	33,00
Углеродистая сталь	Низкопрочная	24	35	>700	>200	2150,0	82,00
Титановые сплавы:
6Al–4V	(α+β) STA	112	160	122	35	3,0	0,12
13V–11Cr–3Al	STA	115	164	89	25	1,5	0,07
6Al–2Sn–4Zr–6Mo	(α+β) STA	120	171	85	24	1,3	0,05
6Al–6V–2Sn	(α+β) STA	110	157	120	34	3,0	0,12
4Al–4Mo–2Sn–0,5Si	(α+β) STA	96	137	224	64	13,6	0,55
Алюминиевые сплавы:
7075	T651	55	79	94	27	7,3	0,30
7079	T651	47	68	105	30	12,5	0,49
DTD5024	Поковка:
	в продольном направлении	50	72	126	36	15,9	0,65
	в коротком поперечном направлении	49	70	53	15	3,0	0,12
2014	T4	46	65	90	26	9,6	0,40
2024	T3	40	57	110	31	19,0	0,75
Оргстекло	–	–	–	5,3	1,5	–	–