и розкриття берегів реальної втомної тріщиниВ тр (рис. 2, а) менше, ніж ідеальної (рис. 2, б). Якщо припустити, що в напівцикл розвантаження розкриття реальної та ідеальної тріщин буде зменшуватися в рівній мірі, то берега втомної тріщини зімкнуться раніше повного зняття навантаження. Тому, згідно з В. Елбера, втомна тріщина закривається при позитивному значенні прикладеної ззовні напруги завдяки наявності на її берегах певного обсягу пластично деформованого матеріалу, збільшеного в порівнянні з вихідним нешаткою, і впливу на цей обсяг незруйнованою частини перерізу. В
Рис. 2. Конфігурація пластичної зони в реальній (А) і ідеальної (б) втомних тріщинах. br/>
Описаний механізм закриття, іменований закриття тріщин обумовлене пластичністю (ЗТШ), характерний для в'язких матеріалів, навантажуються в умовах плоского напруженого стану. Однак з концепцією ЗТП не узгоджується багаторазово підтверджений експериментами факт посилення закриття втомної тріщини в міру зниження розмаху коефіцієнта інтенсивності напруги і переходу до зростання втомної тріщини в умовах плоского деформованого стану. Суперечності між модельними уявленнями про процес закриття тріщин і результатами випробувань пізніше були усунені завдяки відкриттю двох додаткових механізмів закриття тріщини, характерних для пріпорогового зростання втомної тріщини. Один з них враховує роль окислення берегів тріщини і класифікується як закриття тріщини обумовлене оксідообразованіем (ЗТО). Наявність в областях зламів, відповідних пріпороговой швидкості росту втомної тріщини, добре помітних візуально продуктів корозії. Крім того, було зафіксовано уповільнення пріпорогового зростання втомної тріщини в коррозіціоной середовищі по порівнянні з повітрям. На підставі проведених на повітрі і в дистильованої воді досліджень зростання втомної тріщини в сталі, прийшли до висновку про те, що утворюються поблизу вершини тріщини продукти окислення можуть надавати розклинюючий вплив аналогічно залишкової деформації і тим самим знижувати ефективний розмах коефіцієнта інтенсивності напруги в вершині тріщини, а також швидкість її зростання. p> На підставі простої моделі жорсткого клина постійної товщини а, що знаходиться всередині тріщини довжиною l на відстані 2с позаду її вершини (рис. 3), зроблена спроба аналітичної оцінки ролі корозійних відкладень в посиленні закриття тріщини. На підставі пружною моделі з використанням сингулярних інтегральних рівнянь або функції напруг Вестергаарда отримано вираз для коефіцієнта інтенсивності напруги в вершині тріщини з клином, що враховує тільки механічне розклинювання тріщини і игнорирующее пластичність матеріалу і шорсткість поверхонь зламу:
Kr | = 0 =, ()
де Е '= Е - для плоского напруженого стану; Е' = - для умов
плоскої деформації; Е - модуль пружності матеріалу; - коефіцієнт Пуассона.
Оскільки при K = Kr тріщина буде закритою, можна прийняти параметр Kr рівним значенню коефіцієнту інтенсивності напруги в момент закриття тріщини, відповідно: Kmax - Kr
Всі наведені міркування мають сенс при умови, що мінімальна розкриття тріщини менше, ніж товщина оксидів, тобто Kmin Рис. 3. Розрахункова модель жорсткого клина для оцінки закриття тріщини. p> Рис. 4. Залежності коефіцієнта інтенсивності напруги Kr в момент контакту берегів тріщини від товщини клина а і його видалення від вершини тріщини 2с:
1 - з = 10 нм, 2 - з = 0.1мкм, 3 - з = 1 мкм, 4 - з = 10мкм, 5 - з = 100мкм, I - товщина природного окислення;
II - товщина фреттинг-окислення. br/>
Інший вид закриття, який аналогічно розглядався вище ЗТО найбільш характерний для пріпороговой втоми при пульсуючому і близьких до нього циклах напружень, - закриття тріщин, обумовлене шорсткістю поверхонь руйнування (ЗТШ). Вважають, що коли висота нерівностей рельєфу зламу порівнянна з величиною розкриття вершини тріщини, а в напружений стан матеріалу зони передруйнування вносить істотний внесок зсувна компонента, рівень закриття може істотно збільшитися шляхом раслініванія тріщини в окремих контактуючих точках вздовж її траєкторії.
Істотно посилення закриття тріщини, пов'язаного з шорсткістю поблизу порогових розмахів коефіцієнта інтенсивності напруги, пояснюють наступним чином. Для пріпорогового зростання втомної тріщини, як правило, реалізуються умови
ry
де ry - радіус пластичної зони біля вершини тріщини; d - розмір зерна або іншого структурного елемента контролюючого процес руйнування.
Згідно з уявленнями, розвиненим Б. Томкінса, для низьких розмахів коефіцієнта інтенсивності напруги, коли виконується умова (), поширення тріщини через зерно буде проходити вздовж певної кристалографічної площині. При переході в інше зерно зважаючи довільній...
