РАССМОТРЕНИЕ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

VI.18. Механическое свойство материала, характеризующее его

сопротивляемость неустойчивому росту трещин из существующих

трещинообразных дефектов, называется его начальной вязкостью

разрушения. Измерение этого свойства в зависимости от температуры

и скорости нагружения позволяет проследить переход от хрупкого к

пластичному поведению для тех материалов, у которых есть подобие

температуры перехода нулевой пластичности. В зависимости от

локального состояния напряжений вокруг дефекта и степени

пластичности вязкость разрушения определяется по критическому

уровню коэффициента интенсивности напряжений K , если условия

I

напряжение-деформация являются линейно-упругими; или, если условия

напряжение-деформация являются упругопластическими, прочность

может быть представлена критическим уровнем (линейного) контурного

интеграла энергии J либо критическим уровнем раскрытия в вершине

I

трещины (УРВТ) дельта. Согласно фундаментальной теории механики

разрушения, для того, чтобы предотвратить неустойчивый рост трещин

и последующее хрупкое разрушение, уровень движущей силы,

приложенной к вершине трещины, представляемый через коэффициент

интенсивности напряжений K , контурный интеграл J (удельную

I I

работу образца с трещиной КСТ) или уровень раскрытия вершины

трещины дельта (УРВТ), должен быть меньше, чем критическое

I

значение хрупкой прочности материала в той же форме, K ,

I(mat)

J или дельта . Стандартные методы испытаний для

I(mat) I(mat)

критических значений K даны в ASTM E399 [VI.18] и JSME S001

I

[VI.19]; для критических значений J в ASTM E813 [VI.20] и

I

JSME S001 [VI.19]; для критических значений УРВТ в BS 7448-2

[VI.21], ASTM E1290 [VI.22] и JWES 2805 [VI.23]. Ведутся

дискуссии, чтобы выработать единые рекомендации, охватывающие

различные параметры вязкости разрушения [VI.24] <**>.

Следовательно, конкретные значения K , J или

I(mat) I(mat)

дельта , требуемые для предотвращения неустойчивого роста

I(mat)

трещин, зависят от условий нагружения и комбинации условий

интересующей окружающей среды. В условиях плоских напряжений,

характерных для больших толщин и необходимых для упаковок типа

B, критическая вязкость разрушения при статических нагрузках

демонстрирует минимальное значение в параметрах K , J или

Ic Ic

дельта . Кроме того, при повышенной скорости нагружения или при

Ic

ударных нагрузках, вязкость разрушения, обозначаемая для случая

динамического нагружения K , для некоторых материалов, может быть

Id

значительно ниже, чем соответствующее статическое значение K при

Ic

той же температуре. Если первоначальная глубина дефекта в

сочетании с приложенной нагрузкой даст коэффициент интенсивности

приложенного напряжения, равный прочности материала, то будет

иметь место инициирование трещины, а данная глубина дефекта будет

называться критической. В этих условиях возможно непрерывное

распространение трещин, ведущее к потере устойчивости и

разрушению.

____

K = Y сигма \/пи a, (VI.2)

I

где:

K - приложенный коэффициент интенсивности напряжений,

I

1/2

МПа x м ,

Y - константа, зависящая от размера, ориентации и геометрии

дефекта и конструкции,

сигма - прилагаемое номинальное напряжение, МПа,

a - глубина (по российским справочным данным - 1/2 длины

(прим. редактора русского перевода)) дефекта, м.

VI.23. Далее для предотвращения хрупкого разрушения

приложенный коэффициент интенсивности напряжений должен

удовлетворять соотношению:

K < K , (VI.3)

I I(mat)

где K определяет вязкость разрушения.

I(mat)

VI.24. Это должно быть получено из испытаний при скорости

нагружения, соответствующей той, при которой будут испытывать

упаковку с учетом влияния ограничителей удара, предусмотренных в

конструкции.

VI.25. Для

K = K (VI.4)

I I(mat)

уравнение (VI.2) можно объединить с уравнением (VI.4), чтобы

получить следующее выражение для критической глубины дефекта a :

cr

K 2

1 I(mat)

a = -- (-------) . (VI.5)

cr пи Y сигма

VI.27. Влияние пластичности и локальной текучести в вершине

трещины должно увеличивать прочность вершины трещины по сравнению

с той, которая обусловлена трещиной того же размера при том же

уровне напряжений в условиях исключительно линейно-упругих условий

нагружения. В рамках упругопластической механики разрушения

существует несколько путей учета взаимосвязи между пластичностью и

напряжениями в вершине трещины. Например, два таких подхода

внесены в национальные нормативные документы - приложенный

J-интеграл [VI.25] и диаграмма оценки разрушения [VI.16, VI.26] -

и их использование может быть обосновано при оценке упаковочных

комплектов. Критерии приемлемости для этих упругопластических

методов обычно более сложны, чем простой предел, определенный

уравнением (VI.3). В случае метода приложенного J-интеграла такой

критерий должен включать предел самого приложенного J-интеграла

при заданном определении начала разрушения. В рамках метода

диаграммы оценки разрушения можно рассчитать координаты L и K

r r

оценки обрыва пластики и хрупкого разрушения для напряжений и

заданной глубины дефектов, при условии, что точки такой оценки

лежат в пределах поверхности FAD (см. рис. VI.1 - здесь и

далее рисунки не приводятся). Важно осознавать, что если имеет

место значительная текучесть и коэффициент интенсивности

напряжений определен только по уровню напряжений и размеру трещин

без учета текучести, то применение методов линейно-упругой

механики разрушения может оказаться неконсервативным. Полное

описание этих подходов для более детального ознакомления можно

найти в [VI.17, VI.25, VI.26] <*>.