Формирование - свободная поверхность
Cтраница 3
Результатом интегрирования этих затрат энергии по координате ( длина трещины) является работа разрушения материала при подрастании трещины на некоторую длину Да. Плотность энергии ( AWl / Да) характеризует поведение материала в той или иной локальной области, и ее величина отражает тот факт, в какой мере произошло перераспределение энергии от внешнего источника на тот или иной вид энергии, в результате чего произошло подрастание трещины на ту или иную величину. При этом работа разрушения, которая расходуется на формирование свободной поверхности ( поверхность излома), не зависит от того, от какого источника поступила энергия и в какой мере было осуществлено перераспределение энергии при подрастании трещины. Плотность энергии, отвечающая за создание единичной свободной поверхности ( поверхность разрушения или излома), является физической константой, или характеристикой свойства материала сопротивляться росту трещин. Рост трещин в материале может быть реализован только тогда, когда для релаксации энергии от внешних источников необходимо подключить энергию образования свободной поверхности. [31]
Фрактальные характеристики изломов на разных стадиях роста трещины и на разных масштабных уровнях протекания процесса разрушения указывают на неоднозначность последовательности их изменения. Переход от масштабного микроскопического уровня к мезоскопическому масштабному уровню является объективным способом приспособления материала к непрерывно нарастающему процессу циклического подвода энергии к вершине распространяющейся трещины. Это приспособление необходимо для минимизации затрат энергии на процесс формирования свободной поверхности, что отражается в снижении фрактальной размерности. Увеличение фрактальной размерности рельефа усталостного излома приводит к смещению кинетической кривой влево по оси КИН. Это дает основание для введения фрактальной размерности в описание кинетики усталостных трещин следующим образом. [32]
Соотношение А / т / Д / а позволяет выразить микроскачок усталостной трещины б, через безразмерный параметр, учитывающий степень стеснения пластической деформации, которая может быть представлена соотношением прочностей на сдвиг и на отрыв в объеме металла, где достигнута критическая плотность энергии деформации. Применительно к усталостной трещине в условиях, когда ее прирост в цикле нагружения может быть охарактеризован хрупким и вязким скачком, указанная модель применима с соответствующими допущениями. Вязкий скачок усталостной трещины можно рассматривать как сумму двух актов: хрупкого подрастания трещины при формировании свободной поверхности и частичной пластической релаксации материала вследствие поперечного скольжения в пределах сформированной свободной поверхности. [33]
Феномен АЭ заключается в испускании материалом упругих волн, вызванных динамической, локальной перестройкой его структуры при накоплении повреждений под действием циклической нагрузки. Тогда от зоны пластической деформации в вершине трещины и от зоны перед вершиной трещины в связи с формированием свободной поверхности имитируются в окружающие объемы материала волны напряжений, которые достигают датчика-приемника сигналов АЭ. [34]
Поддержание устойчивости прироста усталостной трещины в цикле нагружения, что отражается в сохранении постоянства величины шага усталостных бороздок, связано с высокой стабильностью системы. Даже неравномерность распределения энергии вдоль фронта распространяющейся трещины не оказывает существенного влияния на величину прироста трещины в цикле нагружения. Более того, имеет место ситуация, когда на возрастающей длине трещины происходит дискретный переход на меньший уровень шага усталостных бороздок. Фактически у кончика трещины происходит резкое снижение темпа формирования свободной поверхности в локальном объеме материала, если в соседних объемах произошло резкое проскальзывание трещины, и часть всей сообщенной материалу энергии циклического нагружения перераспределилась по зонам или участкам вдоль фронта трещины. Формирование фронта усталостной трещины имеет волнообразный характер. Это волновой процесс нарастания и убывания величин скачков трещины, когда наиболее типичной ситуацией является поддержание темпа прироста усталостной трещины в локальном объеме материала на одном уровне с нулевым ускорением. [36]
В лабораторных условиях рассматривается поведение материала с развивающейся усталостной трещиной при однопараметрическом воздействии, когда остальные факторы остаются неизменными во времени или дискретно меняются при переходе от одного образца к другому. Изучение каждого из факторов воздействия на материал отдельно друг от друга не позволяет проводить интегральную оценку его поведения в реальных условиях эксплуатации, которые соответствуют много - параметрическому или многофакторному воздействию. Поэтому возникает необходимость введения коэффициентов запаса, которые должны учитывать усугубление ситуации в развитии разрушения при эксплуатационном нагружении по отношению к лабораторному опыту. Но и в этом случае введение самих коэффициентов запаса должно быть обосновано с единых позиций, которые учитывают энергетические затраты на формирование свободной поверхности и деформирование материала перед вершиной трещины. Вся эта информация может быть восстановлена после реализованного разрушения в результате анализа поверхности излома. [37]
Говоря о качественной оценке разрушения, необходимо представить себе ситуацию, в которой вся совокупность внешних факторов силового, температурно-скоростного и агрессивного воздействия среды реализуется в прогрессирующем во времени нарушении сплошности материала. Каждый фактор вносит свой вклад в энергетические затраты, связанные с подрастанием трещины в цикле нагружения. Вместе с тем поглощение энергии материалом происходит без разделения вида источников, которые ее генерировали. Подрастание трещины реализуется в тот момент, когда поглощенная материалом энергия не может быть релаксирована иным способом, как только в связи с формированием свободной поверхности, а следовательно, подрастанием трещины. Прежде чем характеризовать реакцию материала на реализованные в условиях эксплуатации затраты энергии на прогрессирующее развитие разрушения необходимо охарактеризовать общее представление о видах разрушения детали с учетом свойств материала и его структурного состояния. [38]
Реализованный сдвиг на восходящей ветви нагрузки в одной плоскости скольжения блокируется на нисходящей ветви нагрузки. В результате этого при переменной нагрузке реализуется ситуация, когда работает не одна, а две системы скольжения. Причем они задействованы в разных полуциклах приложения нагрузки. Вследствие такого поведения материала возникает сильная анизотропия в локализации пластической деформации, приводящая к доминированию ротационных эффектов неустойчивости не только деформации в пределах рассматриваемой зоны, но и реализации процесса разрушения материала у кончика трещины, где происходит полное исчерпание пластической деформации в каждом цикле приложения нагрузки. Возникающая анизотропия накопленной пластической деформации вызывает не только ротационные эффекты, как акты аккомодации ( компенсация избытка энергии), но сам факт разрешенного скольжения на нисходящей ветви нагрузки приводит к тому, что момент формирования свободной поверхности может отвечать как восходящей, так и нисходящей ветвям нагрузки. Возможности реализовать подрастание трещины внутри зоны пластической деформации на той или иной ветви нагружения обусловлены, в первую очередь, масштабным уровнем формирования диссипативных структур в условиях локализации деформации. [39]
Страницы: 1 2 3