Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений
Исследовано влияние усталостных эллиптических трещин на вязкость разрушения высокопрочной стали, а также статического и малоциклового нагружений на их рост. Досліджено вплив втомних еліптичних тріщин на в’язкість руйнування високоміцної сталі, а також вплив статичного і малоциклового навантаження н...
Saved in:
| Published in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2015
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134329 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений / В.А. Скачков, О.Р. Бережная // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 1. — С. 108-110. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134329 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Скачков, В.А. Бережная, О.Р. 2018-06-13T08:39:12Z 2018-06-13T08:39:12Z 2015 Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений / В.А. Скачков, О.Р. Бережная // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 1. — С. 108-110. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134329 629.3:667.64 Исследовано влияние усталостных эллиптических трещин на вязкость разрушения высокопрочной стали, а также статического и малоциклового нагружений на их рост. Досліджено вплив втомних еліптичних тріщин на в’язкість руйнування високоміцної сталі, а також вплив статичного і малоциклового навантаження на їх ріст. The influence of fatigue elliptic cracks on fracture toughness of high-strength steel as well as the influence of static and low-cycle loading on their growth are investigated. ru Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений Особливості поширення тріщин в умовах статичного і малоциклового навантажень Crack growth specific features under static and low-cyclic loading Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений |
| spellingShingle |
Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений Скачков, В.А. Бережная, О.Р. |
| title_short |
Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений |
| title_full |
Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений |
| title_fullStr |
Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений |
| title_full_unstemmed |
Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений |
| title_sort |
особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений |
| author |
Скачков, В.А. Бережная, О.Р. |
| author_facet |
Скачков, В.А. Бережная, О.Р. |
| publishDate |
2015 |
| language |
Russian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Особливості поширення тріщин в умовах статичного і малоциклового навантажень Crack growth specific features under static and low-cyclic loading |
| description |
Исследовано влияние усталостных эллиптических трещин на вязкость разрушения
высокопрочной стали, а также статического и малоциклового нагружений на их рост.
Досліджено вплив втомних еліптичних тріщин на в’язкість руйнування високоміцної сталі, а також вплив статичного і малоциклового навантаження на їх ріст.
The influence of fatigue elliptic cracks on fracture toughness of high-strength steel as well as the influence of static and low-cycle loading on their growth are investigated.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134329 |
| citation_txt |
Особенности распространения трещин в условиях статического и малоциклового нагружений / В.А. Скачков, О.Р. Бережная // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2015. — Т. 51, № 1. — С. 108-110. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT skačkovva osobennostirasprostraneniâtreŝinvusloviâhstatičeskogoimalociklovogonagruženii AT berežnaâor osobennostirasprostraneniâtreŝinvusloviâhstatičeskogoimalociklovogonagruženii AT skačkovva osoblivostípoširennâtríŝinvumovahstatičnogoímalociklovogonavantaženʹ AT berežnaâor osoblivostípoširennâtríŝinvumovahstatičnogoímalociklovogonavantaženʹ AT skačkovva crackgrowthspecificfeaturesunderstaticandlowcyclicloading AT berežnaâor crackgrowthspecificfeaturesunderstaticandlowcyclicloading |
| first_indexed |
2025-11-26T03:09:59Z |
| last_indexed |
2025-11-26T03:09:59Z |
| _version_ |
1850609882606075904 |
| fulltext |
108
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 629.3:667.64
ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТРЕЩИН В УСЛОВИЯХ
СТАТИЧЕСКОГО И МАЛОЦИКЛОВОГО НАГРУЖЕНИЙ
В. А. СКАЧКОВ, О. Р. БЕРЕЖНАЯ
Запорожская государственная инженерная академия
Исследовано влияние усталостных эллиптических трещин на вязкость разрушения
высокопрочной стали, а также статического и малоциклового нагружений на их рост.
Ключевые слова: усталостная трещина, вязкость разрушения, коэффициент
интенсивности напряжений.
Преждевременное разрушение уникальных конструкций из высокопрочных
сталей, обусловленное поверхностными дефектами типа подрезов, закатов и тре-
щин, приводит к катастрофическим последствиям. Поэтому очень актуально ис-
следовать их влияние на хрупкое разрушение таких сталей.
Изучая хрупкое разрушение высокопрочных сталей [1–3], обнаружили, что
основная его причина – поверхностные и подповерхностные дефекты в виде за-
катов, образующиеся в процессе прокатки, а также трещины, возникающие в об-
ласти сварочных швов. Для его оценки используют коэффициент интенсивности
напряжений (КИН) (вязкость разрушения) в условиях плоского деформированно-
го KIС и плоского напряженного KС состояний [4, 5].
Цель работы – определить КИН KIС высокопрочной стали СП-53 и постро-
ить методику оценки хрупкого разрушения в условиях длительного статического
и малоциклового нагружений. Для этого использовали образцы с усталостными
эллиптическими трещинами, полученными в режиме резонансных колебаний
(рис. 1) с амплитудой 10 mm. С появлением начальной трещины снижаются их
частота и до 5 mm – амплитуда. Подстраивая частоту генератора под смещенный
резонанс, амплитуду колебаний увеличивали до 10 mm. При этом появлялась
возможность выращивать трещины заданного размера (рис. 2а): длиной 2С и
глубиной l.
Рис. 1. Схема установки для формирования
в образцах поверхностной усталостной
эллиптической трещины: 1 – образец;
2 – магнитопровод; 3 – катушка возбужде-
ния; 4 – катушка намагничивания;
5 – усилитель мощности;
6 – выпрямитель напряжения;
7 – генератор переменных сигналов.
Fig. 1. Chart of installation for forming the surface elliptic fatigue crack on the specimens:
1 – specimens; 2 – magnetic wire; 3 – exciting coil; 4 – supportive magnet coil;
5 – power amplifier; 6 – voltage stabilizer; 7 – variable signals generator.
Вязкость разрушения определяли по формуле Ирвина:
I 1,1 /C pK l Q= π ⋅ σ ⋅ . (1)
Контактная особа: В. А. СКАЧКОВ, e-mail: skachkov.48@mail.ru
109
Рис. 2. Поверхностные усталостные эллиптические трещины:
а – начальная; b – начальная и выращенная.
Fig. 2. Elliptic surface fatigue cracks: а – initial crack; b – initial and grown crack.
Здесь l – глубина трещины, mm; σр – разрушающее напряжение образца с трещи-
ной, kN/mm2; Q – параметр формы для эллиптической трещины:
2 2
0,2Ф 0,212( / )pQ = − σ σ , (2)
где σ0,2 – условный предел текучести;
/ 2
2 2 2 2
0
Ф 1 ( /) sinС l C d
π
= − − ϕ ϕ∫ ; С – по-
лудлина трещины. Чтобы упростить формулу (2), построили зависимость пара-
метра Q от отношения l/2С для различных значений σр/σ0,2 (рис. 3). Для оценки
зависимости вязкости разрушения от глубины трещины испытывали образцы с
глубиной трещины от 0,4 до 1,00 mm (рис. 4).
Рис. 3. Fig. 3. Рис. 4. Fig. 4.
Рис. 3. Зависимость параметра формы от отношения глубины трещины
к ее длине для значений σр /σ0,2: 1 – 1,0; 2 – 0,8; 3 – 0,6; 4 – 0,4.
Fig. 3. Dependence of the parameter form on the ratio of the crack depth to it length for σр /σ0.2:
1 – 1.0; 2 – 0.8; 3 – 0.6; 4 – 0.4.
Рис. 4. Зависимость коэффициента KIС от глубины эллиптической трещины.
Fig. 4. Dependence of coefficient KIС on the elliptic crack depth.
Для оценки влияния длительности
нагружения образцов на параметры
трещины использовали метод окисле-
ния ее берегов путем нагревания от
483 до 573 K. Обнаружили, что нагрев
до 573 K не изменяет значение KIС, а
также упругие и прочностные харак-
теристики стали. Степень окраски за-
висит от температуры окисления: с ее
изменением на 30 градусов она за-
метно меняется. В диапазоне 483…
573 K выявили три зоны окраски, чет-
ко различимые по цвету (см. рис. 2b).
Текущее значение КИН KI определяли по формуле (1), в которой под σ по-
нимали не разрушающее, а действующее в образце напряжение. Образец с окис-
ленной начальной трещиной нагружали до напряжения σ и выдерживали до раз-
Рис. 5. Рост трещин в условиях
статического нагружения.
Fig. 5. Crack growth under static loading.
110
рушения. В изломе четко видны начальная трещина и ее прирост за время нагру-
жения (рис. 5).
При малоцикловом нагружении скорость увеличения КИН KI по числу циклов
I
cycle
3,77( β[γ ln(1 γ)]) 3,77
σ
( ) δβ[γ ln(1 γ)] ( )
dK l l
dn Q l Q l
+ + −= − + + −
, (3)
где
[ ln(1 )]
l
n
∆β =
γ + − γ ⋅
; 2
I I( / )CK Kγ = ; σcycle – амплитуда напряжений при цикли-
ческом нагружении; n – число циклов нагружения. После интегрирования урав-
нения (3) получили простое соотношение, устанавливающее связь числа циклов
до разрушения с коэффициентом KI. В таблице приведены экспериментальные
данные, полученные при циклическом нагружении образцов с эллиптическими
трещинами разного размера.
Прирост трещин при циклическом нагружении
l0 2С0 lk 2Сk 0
IK I
kK KIС
mm kN/mm3/2
nexp ncalc
0,85 3,55 1,05 3,60 1,86 1,98 2,04 5 6
0,63 3,00 0,67 3,01 1,71 1,82 1,94 6 6
0,45 2,30 0,70 2,32 1,82 1,97 1,97 3 4
0,40 1,90 0,60 2,00 1,39 1,47 1,90 10 12
0,70 3,10 0,90 3,15 1,86 1,97 1,97 4 4
0,70 3,50 0,78 3,75 1,78 1,83 1,92 2 2
0,60 2,70 0,75 2,75 1,88 1,98 2,02 3 3
0,65 2,60 0,78 2,63 1,89 1,98 1,98 2 3
Примечание: l0, 2С0 – размеры начальной трещины, а lk, 2Сk – конечной; 0
IK , I
kK – КИН
для начальной и конечной трещин. Расчетное число циклов нагружения ncalc достаточно точно
совпадает с экспериментальным nexp для измеренного прироста трещины.
ВЫВОДЫ
Предложена установка для выращивания на плоских образцах поверхност-
ных эллиптических трещин. Для стали СП-53 определены значения КИН KIС в
условиях плоского деформированного состояния, получены зависимости време-
ни до разрушения при длительном статическом нагружении образцов с усталост-
ными трещинами. Построено уравнение, определяющее скорость изменения
КИН в зависимости от числа циклов нагружения.
РЕЗЮМЕ. Досліджено вплив втомних еліптичних тріщин на в’язкість руйнування
високоміцної сталі, а також вплив статичного і малоциклового навантаження на їх ріст.
SUMMАRY. The influence of fatigue elliptic cracks on fracture toughness of high-strength
steel as well as the influence of static and low-cycle loading on their growth are investigated.
1. Черепанов Г. П. О росте трещин при циклическом нагружении // Прикл. механика и
техн. физика. – 1968. – № 6. – С. 1271–1278.
2. Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. – К.: Наук. думка,
1968. – 232 с.
3. Койтер В. Т. Бесконечный ряд параллельных трещин в упругой плоскости // Пробле-
мы механики сплошной среды. – М.: Наука, 1961. – С. 202–221.
4. Дроздовский Б. А., Фридман Я. Б. Влияние трещин на механические свойства конст-
рукционных сталей. – М.: Металлургиздат, 1960. – 176 с.
5. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. – М.: Наука, 1974. – 640 с.
Получено 16.07.2013
|