Державний комітет Російської Федерації
з вищої освіти
Російський Державний Авіаційний Технологічний
Університет імені К.Е. Ціолковського - (МАТИ)
_______________________________________________________
Курсова робота з фізичного матеріалознавства
Тема: Закриття тріщин і його вплив на циклічну
тріщиностійкість сплавів
Викладач: Ботвина Л.Р.
Студент: Шапіро Р.А.
Москва 1998р
Структурний план курсової роботи
з фізичного матеріалознавства.
1. Прояви і механізм закриття втомних
тріщин.
В
2. Вплив умов експлуатації на закриття і
кінетику тріщин втоми в конструкційних
матеріалах.
В
3. Закриття тріщин і структура конструкційних
сплавів.
В
1. Прояви і механізм закриття втомних тріщин. br/>
Один з найбільш важливих феноменів експериментальної механіки втомного руйнування, встановлених протягом 1970-х р., - явище передчасного контакту берегів зростаючої втомної тріщини протягом деякої позитивної частини циклу напружень. Цей феномен, званий "змикання" або "закриття тріщин", широко використовується для пояснення численних кінетичних ефектів, супроводжуючих утомлююча руйнування конструкційних матеріалів. p> Вважається, що закриття тріщин виявив В. Елбер. Мабуть, правильно сказати, що цей дослідник вперше виявив кількісну оцінку закриття тріщини і вказав на його значимість у кінематиці втомного руйнування. Найбільш правдоподібним механізм їх освіти, запропонований у свій час С. Бічем, передбачає взаємне зіткнення поверхонь тріщини позаду її вершини.
В. Елбер виявив закриття тріщин випадково при підготовці зразків для фрактографіческого дослідження. Розрізання зразка з втомної тріщиною викликало його істотну деформацію, помітну неозброєним оком. Для встановлення причин такої поведінки зразка його забезпечили датчиком деформації, що дозволило отримати залежність прикладеної до зразком навантаження від переміщення країв розрізу. Вона виявилася нелінійної, хоча навантаження зразка здійснювалося в пружною області. Це свідчило про зміні геометрії зразка в процесі навантаження. Така зміна можливо, якщо в ненавантаженому стані тріщина була закрита, тобто її береги притиснуті один до одного з певним зусиллям. Тоді процес навантажування буде супроводжуватися не тільки рівномірної деформацією матеріалу незруйнованою частини зразка, а й збільшенням довжини розкритої частини втомної тріщини, тобто податливість зразка буде мінятися при зміні прикладеної до нього зусилля. Шляхом послідовної реєстрації в циклі розкриття тріщини поблизу її вершини встановлено, що втомні тріщини в листах алюмінієвого сплаву закриваються ще до повного зняття з зразка розтягує навантаження. У напівцикл навантажування розкриття берегів тріщини спочатку не залежить від прикладеної ззовні напруги (Рис. 1, а) і лише при досягненні останнім певного значення тріщина починає відкриватися, ініціюючи таким чином процес деформування і втомного пошкодження матеріалу в зоні передруйнування. Використовуючи термінологію механіки руйнування, можна сказати, що закриття тріщини фіксує в її вершині деяке значення коефіцієнта інтенсивності напруги К = Кор (Пропорційне поточної довжині тріщини і нормальній напрузі в момент відкриття тріщини ор), перешкоджаючи зниженню цього параметра до рівня К = Кmin. В результаті спотворюється характер форми циклу і величина тріщини (рис. 1, б), а також коефіцієнт інтенсивності напруги в вершині тріщини (рис. 1, в). На підставі отриманих результатів В. Елбер дійшов висновку про неефективність з точки зору зростання втомної тріщини деякої частини циклу напружень. Вказуючи на необхідність врахування явища закриття тріщини при аналізі напружено-деформаційного стану тіл з тріщинами, він уточнив залежність швидкості росту втомної тріщини від розмаху коефіцієнта інтенсивності напруги, ввівши ефективне значення останнього параметра:,
де С і n - коефіцієнти Періс; - ефективний розмах коефіцієнта інтенсивності напруги, відповідний відкритої тріщині
Kmax - Kор
В
Рис. 1. Залежність між прикладеним до зразка напругою і розкриттям берегів тріщини (а), а також схема форми циклу зовнішньої навантаження (б) і коефіцієнта інтенсивності напруги (в).
Залежно від конкретних умов реалізації закриття тріщини пов'язують з декількома механізмами. Перший з них запропонований В.Елбером, який помітив відміну реальної втомної тріщини від ідеальної, тобто гострого надрізу нульової ширини надр. Воно полягає в наявності на берегах реальної втомної тріщини пластично деформованого матеріалу (рис. 2). Тому при одноразовому навантаженні до однакових значень коефіцієнта інтенсивності напруг...
