Механика разрушения (LEBM, FBM)
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.
Различают две концепции: линейно-упругая механика разрушения (LEBM) и механика разрыва потока (FBM).
Линейно-упругая механика разрушения LEBM Механика разрыва потока FBM Стандарты Распространение трещин, металл Формы образцов Испытательные машины
Линейно-упругая механика разрушения (LEBM)
В линейно-упругой механике разрушения LEBM (подходит для хрупких материалов) материал вплоть до разрушения без деформации (нестабильное расширение трещины) ведет себя линейно-упруго. Классической характеристикой линейно-упругой механики разрушения является K1C, она описывает критическую (C) интенсивность напряжения (K) в режиме раскрытия трещины 1.
Механика разрыва потока (FBM)
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
- 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:
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
