Полный текст

Для обеспечения долговечности конструкций актуальным является исследование закономерностей роста дефектов в них, в частности трещин. Экспериментальные исследования характеристик роста трещин в твердых телах связаны с рядом технических трудностей. Важные методологические особенности экспериментальной механики разрушения твердых тел отражены, в частности, в работах [1-4]. Важным представляется изучение влияния различных факторов на характер роста трещин, например, на условия перехода от равновесного роста дефекта к динамическому разрушению [4]. Для проведения испытаний по исследованию особенностей роста трещин выбран тип образцов в соответствии с ГОСТ 25.506-85 «Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении». Эскиз образца представлен на рис. 1 [5]. Рис. 1. Эскиз образца для испытаний на трещиностойкость с длиной рабочей части 50 мм Два отверстия диаметром 4 мм созданы в образцах с целью крепления навесных призм, на которые ставится датчик раскрытия трещины. Пророщенные трещины выращивались в соответствии с требованиям ГОСТ 25.506-85 и ASTM E647-05 “Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates”. В ГОСТе требования регламентируются следующим образом: разница между трещинами с одной и с другой стороны образца не более 10 % от длины наименьшей трещины. ASTM устанавливает следующие требования: измерения проводятся по осевой линии образца для двух трещин (для каждой трещины используется среднее по замерам с передней и с задней поверхности), и они не должны отличаться более чем на 0,025W, где W - ширина образца, равная 50 мм. В соответствии со стандартами были замерены и углы отклонения усталостной трещины от осевой линии, линии симметрии образца (таблица). Результаты испытаний серии с рабочей частью 50 мм по проращиванию трещины Номер образца 2l0, мм l0 R, мм l0 L, мм |l0 R - l0 L|, мм Допустимое значение |l0 R - l0 L| по ГОСТу Допустимое значение |l0 R - l0 L| по АSTM 1_50 23,734 11,658 12,076 0,418 1,1658 1,25 2_50 20,259 10,142 10,117 0,025 1,0117 1,25 3_50 20,255 10,147 10,108 0,039 1,0108 1,25 4_50 19,695 9,524 10,171 0,647 0,9524 1,25 5_50 21,588 10,912 10,676 0,236 1,0676 1,25 6_50 20,824 10,119 10,705 0,586 1,0119 1,25 7_50 19,518 9,832 9,686 0,146 0,9686 1,25 8_50 19,201 9,751 9,45 0,301 0,9450 1,25 Замер длины трещины выполнялся с использованием цифрового микроскопа Dino-Lite Dicital Microscope AM4013MTL Series. Для съемки производилась калибровка микроскопа. Снимок образца приведен на рис. 2. Рис. 2. Участок сгенерированного массива данных: 1 - без пульсации; 2 - с пульсацией После калибровки микроскопа определялись границы трещины и проводилось ее измерение. Образцы подготавливались для проверки предположения о влиянии дополнительных циклических воздействий на равновесный рост трещин. Предполагается, что циклические воздействия обеспечат более продолжительный равновесный рост трещин [6]. Для траектории кинематического нагружения с пульсациями был выбран синусоидальный вид, показанный на рис. 2. Из рисунка видно, что максимальные значения синусоиды совпадают с графиком линейной зависимости перемещений от времени при кинематическом нагружении. Результаты испытаний сравнивались с кинематическим нагружением без пульсации, в соответствии с длиной рабочей части образцов. Для образцов с длиной рабочей части 50 мм результаты представлены на рис. 3, 4. Частота нагружения во время испытаний соответствовала значению 16 Гц, а амплитуда изменения положения равнялась 0,015 мм. Рис. 3. Диаграмма нагружения образцов с длиной рабочей части 50 мм: 1 - без пульсации; 2 - с пульсацией Рис. 4. Зависимость величины смещения берегов трещины от времени для образцов с длиной рабочей части 50 мм: 1 - без пульсации; 2 - с пульсацией Следует отметить, скорость нагружения с пульсациями была несколько больше по сравнению с нагружением без пульсаций. Это связано со сложностью задания траектории нагружений с пульсацией. Из рис. 4 видно, что равновесный рост трещины при нагружении с дополнительными циклическими воздействиями наблюдается на большую длину, чем при нагружении без них. Это длина составила 7 % от всей величины раскрытия берегов трещины. Для образцов с длиной рабочей части 100 мм результаты представлены на рис. 5, 6. Рис. 5. Зависимость величины смещения берегов трещины от времени для образцов с длиной рабочей части 100 мм: 1 - без пульсации; 2 - с пульсацией Рис. 6. Диаграмма нагружения образцов с длиной рабочей части 100 мм: 1 - без пульсации; 2 - с пульсацией Как видно из рис. 5, разрушение образца происходит в несколько этапов. Равновесный рост трещины переходит в динамический рост, а затем снова фиксируется равновесный рост трещины. Эта особенность наблюдалась несколько раз за испытание. При уменьшении жесткости нагружающей системы число таких переходов уменьшается. Для образцов с длиной рабочей части 150 мм результаты представлены на рис. 7, 8. Подобным образом были проведены испытания для образцов с длиной рабочей части 200 и 300 мм. Рис. 7. Зависимость величины смещения берегов трещины от времени для образцов с длиной рабочей части 150 мм: 1 - без пульсации; 2 - с пульсацией Рис. 8. Диаграмма нагружения образцов с длиной рабочей части 150 мм: 1 - без пульсации; 2 - с пульсацией Таким образом, дополнительные циклические воздействия оказывают стабилизирующее влияние на характер роста трещины при высокой жесткости нагружающей системы. Это отражается в увеличении равновесного роста трещин.

Об авторах

П. С. Бажуков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В. Э. Вильдеман

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 38

PDF (Russian) - 22

Ссылки

• Ссылки не определены.