Переход к содержанию страницы

Механика разрушения

Механика разрушения исследует рост трещины, расширение трещины и способность к локализации трещины в изделии или материале в рабочих условиях (функция, срок службы и т.д.).Полученные характеристики материала с учетом функции нагружения/времени влияют на разработку и изготовление изделия.

Механика разрушения играет большую роль во многих отраслях промышленности (например, в авиации или автомобилестроении).Посредством оценки срока службы/ресурса пораженных трещинами изделий можно целенаправленно регламентировать интервалы между инспекциями и работами по ТО.

 

Концепции механики разрушения

 

Различают две концепции: линейно-упругая механика разрушения (LEBM) и механика разрыва потока (FBM).

В линейно-упругой механике разрушения (подходит для хрупких материалов) материал вплоть до разрушения без деформации (нестабильное расширение трещины) ведет себя линейно-упруго.Классической характеристикой LEBM является K1C, она описывает критическую (C) интенсивность напряжения (K) в режиме раскрытия трещины 1.

Если же материал, напротив, обладает вязким разрушением (т.е. с пластической деформацией вокруг вершины трещины, то используется концепция механики разрыва потока.Здесь существует два процесса: определение характеристик через энергию, сохраненную в окружении вершины трещины (концепция интеграла J), и через раскрытие вершины трещины (CTOD „crack tip opening displacement“).

Важные стандарты механики разрушения

  • ASTM E399-09 - Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K1C of Metallic Materials
  • ASTM E647 – Standard Test Method for Measurement of Fatigue crack growth rates (da/dN)
  • ASTM E1820-11 – Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness (metals)
  • ISO 12135 - унифицированный метод испытания для определения квазистатической вязкости разрушения

 

Расширение трещины в металлических изделиях

 

Обусловленные процессом изготовления дефекты в изделии или на поверхности изделия представляют собой зачатки трещин, которые способствуют образованию трещин под нагрузкой.Эти дефекты могут превратиться в надрыв (т.е. макроскопическое повреждение материала), который можно технически регистрировать.Здесь речь идет о фазе начала трещины.

В последующей фазе расширения трещина в изделии продолжает увеличиваться, пока интенсивность напряжения K перед вершиной трещины не превысит критическое значение, и изделие внезапно не разрушится.

Трещины распространяются в однообразно или циклически нагруженных изделиях стабильно (докритическое состояние) или нестабильно (критическое состояние).Для хрупких материалов можно указывать критическую величину нагружения K1C, описание определения которой приведено в стандарте ASTM E399.Если интенсивность напряжения K растущей трещины перемещается в пределах K1C, то трещина распространяется стабильно и при разгружении может быть в любой момент остановлена.При превышении значения K1C наступает нестабильный рост трещины, и изделие внезапно разрушается.

Кривую роста трещины можно разделить на три зоны:

  • Зона I:Пороговое значение ΔKth
  • Зона II:Рост усталостной трещины da/dN
  • Зона III:Критический коэффициент интенсивности напряжения K1C (текучесть трещины)

Формы образцов для механики разрушения

 

В механике разрушения применяются различные формы образцов.Их выбирают в зависимости от стандарта и доступного испытываемого материала.Стандартизированные формы образцов указаны в стандарте для обеспечения сравнимости результатов испытаний.

 

Образец C(T)

 

В основном в области механики разрушения используют образец Compact Tension.Он применяется для испытаний по ASTM E399 / E647.

Указанные ниже формы образцов также приведены в стандартах.Их выбирают в зависимости от отрасли промышленности и доступного исходного материала:

  • Образец M(T) - Middle tension - для испытаний по ASTM E647
  • Образец ESE(T) - Eccentrically loaded single edge crack tension – для испытаний по ASTM E647
  • Образец SE(B) - Single edge bend - для испытаний по ASTM E399
  • Образец DC(T) - Disc-Shaped Compact Tension - для испытаний по ASTM E399
  • Образец A(T) - Arc-Shaped tension - для испытаний по ASTM E399
  • Образец A(B) - Arc-Shaped bend - для испытаний по ASTM E399

Более подробно о механике разрушения

Испытательные машины для определения механики разрушения

Top