Расчеты на прочность при наличии дефектов. Дефектность материалов и конструкций. Задачи механики разрушения, страница 7

Методы экспериментального определения характеристик сопротивления материалов развитию трещины (характеристик трещиностойкости), входящих в критериальные условия наступления придельных состояний тел с трещинами (8.16), были разработаны в 1960-1970-х годах. Силовые (, ), энергетические (, ) и деформационные (, ) характеристики трещиностойкости определяются по результатам испытаний лабораторных образцов с трещинами. Основной характеристикой в механике разрушения является критическое значение коэффициента интенсивности напряжений  (для условий плоской деформации) и  (для плоского напряженного состояния). Испытания образцов проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 25.506-85. Применяются типы образцов и схемы нагружения, приведенные в табл. 8.2. В процессе испытаний на двухкоординатных приборах регистрируется диаграмма «нагрузка  - смещение берегов трещины » (рис. 8.5). Если разрушение происходит на линейном участке  (хрупкое разрушение), то по максимальной нагрузке  вычисляют критические напряжения , а по ним - критические значения КИН по формуле (8.12)

.                                (8.20)

Для стандартных образцов формулы для расчета приведены в табл. 8.2. Для определения  рекомендуется выбирать такие размеры образцов и трещин, чтобы  не зависело от  и размеров. Этому условию соответствуют длины трещин, составляющие 0,3…0,6 от ширины образцов или диаметра. Длину трещины , ширину , толщину  или диаметр  выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие:

, т.е. размеры пластических зон на стадии разрушения должны быть существенно меньше размеров образца и трещин. Подстановка формулы (8.13) для  позволяет получить условие, определяющее требования к размерам образцов

.                          (8.21)

При испытаниях пластичных сталей с образованием квазихрупких или вязких разрушений критические значения КИН определяют по условной нагрузке  (рис. 8.5). Под углом  ( - угол наклона упругого участка диаграммы «») проводят секущую, которая определяет расчетную величину нагрузки . Данный прием ограничивает величину приращения длины трещины  в процессе испытаний образцов.

Проведение 5% секущей соответствует условию . Коэффициент интенсивности напряжений определяется по формулам табл. 8.2 и по формуле (8.20) с заменой  на  и  на . Если полученное значение  удовлетворяет требованиям (8.21), то оно принимается за .

В таблице 8.3 приведены значения  для ряда конструкционных материалов.

8.8. Развитие трещин при циклическом нагружении

При циклическом нагружении конструкций описанные типы разрушений возникают на определенной стадии развития усталостных трещин в области малоциклового или многоциклового нагружения. Предусмотренные СНиП, методы расчета на усталостную прочность базируются на кривых усталости и диаграммах предельных напряжений, построенных по результатам испытаний на усталость гладких образцов по моменту разрушения. Экспериментальные кривые усталости могут быть построены по моменту возникновения трещины,

Таблица 8.2

Основные типы образцов для определения характеристик трещиностойкости

№ п/п	Схема образца и нагружения	Формула для
1	2	3
1	Осевое растяжение плоских образцов с центральной трещиной Тип 1	при
2	Осевое растяжение цилиндрического образца с кольцевой трещиной Тип 2	, при ;  - расстояние между центрами сечения и зонами долома
3	Внецентренное растяжение плоских прямоугольных образцов с краевой трещиной Тип 3	при
4	Трехточечный изгиб плоских образцов с краевой трещиной Тип 4	при

Таблица 8.3

Критические значения коэффициентов интенсивности напряжений