8 Оценка трещиностойкости элемента конструкции с учетом этапа живучести

8.1 Определение критического коэффициента интенсивности напряжений

Рис.22. Изменение предельного значения КИН с

ростом толщины элемента конструкции

В результате обработки данных испы­таний на вязкость разрушения  кривых «нагрузка F  раскрытие трещины v », полу­ченных при внецентренном растяжении компактного образца или в условиях трехточечного изгиба (схемы 1, 2 в табл. 10) находят предельные (критические) значения K_IQ коэффициента интенсивности напряжений (КИН) в каждом опыте. Привлекая критерии, предусмотренные соответствующим стандартом [13], отбирают результаты корректных опытов и определяют на их основе вязк ость разрушения материала K_Iс. Смысл всех критериев корректности состоит, главным образом, в том, чтобы обеспечить получение минимального значения K_Iс предельной величины КИН. На рис.22 показан характер изменения предельного коэффициента интенсивности напряжений с ростом толщины t (Н, табл. 10) образца. Как видно, после некоторого значения t₁, в области реализации плоского деформированного состояния, (напряженное состояние при этом является объемным) величина K_IQ достигает минимума и далее практически не меняется, т.е., влияние геометрических параметров конструкции становится несущественным. Логично предположить, что K_Iс является характеристикой трещиностойкости собственно материала, именуемой, как уже было сказано, вязкостью разрушения. Границы реализации ПНС  t₀ и ПДС  t₁ определяются следующими зависимостями:

здесь _Т(0,2) – физический или условный предел текучести.

Из рис.22 следует также, что если в объекте (образце, конструкции) возникает напряженное состояние переходного (от ПНС к ПДС) типа, то расчет с использованием вязкости разрушения K_Iс приведет к консервативной оценке его трещиностойкости, что может повлечь выбраковку вполне работоспособного изделия. Характеристикой сопротивления хрупкому разрушению конструкции из данного материала является так называемый предел трещиностойкости K_1с, который определяют как экспериментально, так и расчетным путем. Одной из наиболее простых зависимостей подобного рода является формула Броека-Влигера [2]

;

напомним: p_F – как и прежде, ресурс пластичности материала;

Е – модуль упругости;

t – толщина рассматриваемого элемента конструкции;

t₀ – максимальная толщина конструкции, при которой еще реализуется плоское напряженное состояние (см. рис.22).

Оказывается, что соотношения линейной механики разрушения более точны, если вместо физической длины трещины l используется эффективная длина l_эф = l+r*. Величина параметра r* – поправки Ирвина на пластичность, зависит от размера зоны пластической деформации в вершине трещины, которая, в свою очередь, определяется видом напряженно-деформи­рованного состояния, возникающего в этой области, в частности:

.

В случае реализации напряженного состояния переходного типа (t₀ < t < t₁ ) поправку на пластичность можно оценить путем линейной интерполяции между величинами и .