Зразок-плита для визначення в’язкості руйнування кіс

Зразок-плита для визначення в'язкості руйнування (Кіс), що містить бічний надріз і тріщину, два отвори, симетричні надрізу при позацентровому розтягу в умовах плоскої деформації, яка відрізняється тим, що отвори віддалені від торця неушкодженого перерізу зразка-плити на відстані Ь, що відповідає товщині зразка t, а характерні розміри зразка-плити, установлені стандартом, задовольняють умовам Винахід відноситься до області механічних ІСПИТІВ, а саме, до ІСПИТІВ на в'язкість руйнування в умовах плоскої деформації ізотропних металевих матеріалів, де Кю ( в'язкість руйнування) вважається константою матеріалу, якщо виконується емпірично знайдена умова І,Ьl,t>2,5(Ric/ao2)2, де І - довжина тріщини разом з надрізом, Ь-І - розмір неушкодженого перетину, t товщина зразка Найбільш близьким типом зразка по теоретичній сутності і результату, що досягається, є зразок-плита з бічною тріщиною, так званий "компактний" зразок [2], прототип Цей тип зразка піддається позацентровому розтягу при іспитах матеріалів на Кю пластичних матеріалів Зразок такого типу дуже металомісткий через згадані вище емпіричні умови, що накладаються на його характерні розміри Для пластичних сталей при великих в'язкостях руйнування (Кю) і низькою МІЦНІСТЮ (стог) вимагаються надзвичайно великі зразки, ІНОДІ такі, що перевершують товщини реальних елементів конструкцій При цьому емпіричні обмеження, що накладаються на розміри, ніяк не ув'язані з рівнем номінальних руйнуючих напружень в ослабленому перетині зразка До недоліків компактного зразка також варто віднести співвідношення b=2t між шириною зразка b і товщиною t, що утрудняє реалізацію умов плоскої деформації в зразку, оскільки при цьому розмір тріщини І стає близьким до товщини t ВІДОМІ ТИПИ зразків і умови ІСПИТІВ на в'язкість руйнування У деяких країнах ці зразки стандартизовані [1,3,4] Найбільш широке застосування в інженерній практиці одержали спеціальні зразки Це зразки-пластини з внутрішніми і ЗОВНІШНІМИ тріщинами, плоскі зразки з поверхневою сегментною тріщиною, плоскі зразки-балки з бічною тріщиною, зразки-диски з бічними чи центральними тріщинами, зразки циліндричні з кільцевим концентратором-тріщиною різних форм [3,4] Зразки такої конфігурації можуть служити аналогом пропонованому типу зразкаплити, а їм властиві недоліки в узагальненій формі виглядають таким чином Так, зразки-пластини у випадку плоскої деформації не застосовні через малі товщини, зразки-балки матеріаломісткі через довжину робочої частини, зразки-диски використовуються, в основному, для листових матеріалів, циліндричні зразки - для пруткових матеріалів і деталей тіл обертання / > 0,65 К 1С 0,2 а Ь-І >0,72 К 1С к 1С 0,2 '0,2 де І - довжина тріщини разом з надрізом, Ь-І - розмір неушкодженого перерізу, ао 2 - межа текучості матеріалу В основу пропонованого винаходу поставлена задача створення зразка для ІСПИТІВ на в'язкість руйнування при позацентровому розтязі в умовах плоскої деформації з розмірами, що відрізняються від установлених стандартом у бік істотного зменшення Підставою для визначення цих розмірів є теоретичні результати з моделювання 00 ю ю 55189 пластичної зони на фронті тріщини в умовах плоскої деформації [5,6] Головною особливістю такого моделювання є врахування трьохвісності напруженого стану в пластичній зоні на продовженні тріщини і регулярних членів пружного поля напружень ВІДПОВІДНО ДО результатів роботи [5] у табл 1 приведена залежність коефіцієнта обмеження пластичних деформацій т = а у /аог від рівня зовнішнього навантаження для аналога задачі Гріффітса за умови пластичності Мізеса Табл 1 Р/а02 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 m 2,541 2,562 2,564 2,545 2,503 2,436 2,338 2,203 2,016 1,750 Тут ay - нормальні напруження в пластичній зоні на продовженні тріщини, ао 2 - умовна границя текучості матеріалу Розмір пластичної зони d визначається виразом Тут V v -L _і . номінальне руйнуюче напруження по ослабленому перетині зразка Тоді З виразу (4) при т=2,34 випливає обмеження на розмір тріщини І / \2 J (4) Аналогічно, розмір пластичної зони повинний бути малим у порівнянні з відстанню t/2 до лицьових граней зразка Звідси чс СГп , 4 2 ( 6 ) Неушкоджений перетин Ь-І включає розмір пластичної зони а, тому його розмір повинний бути b-l>l+d Звідси випливає *-/>' жр sec2тсг, 02 , а при маломасштабній текучості я К} (2) де р - ЗОВНІШНІ напруження на нескінченності, К, = - коефіцієнт - напівдовжина тріщиш, інтенсивності напружень (КІН) Порівняння відносної довжини пластичної зони d/l по залежностях (1) і (2) показує, що ВІДМІННІСТЬ МІЖ ними буде менш 2%, якщо р/ао 2^0,7 (v=0,3) Таким чином, уведення КІН К| мас місце при р/ао2^0,7 чи d1,37(К|С/сго2/, тобто розмір b відповідає товщині t Таким чином, поставлена задача розв'язується тим, що отвори, симетричні надрізу, відстоять від торця неушкодженого перетину зразка-плити на відстані b ВІДПОВІДНІЙ ТОВЩИНІ зразка t, а характерні розміри зразка-плити, установлені стандартом , задовольняють умовам \ *, > 2 (8) Характерні розміри зразка показані на рис Обмеження (8) істотно слабкіше емпіричних умов, пропонованих стандартами [1,2,3] і ув'язані з номінальними руйнуючими напруженнями по ослабленому перетині зразка Характерно, що при виконанні умов (8) стандартний зразок приймає форму, близьку до кубічної Це, у свою чергу, сприяє виникненню в ньому умови плоскої деформації в центральній частині зразка Умови (8) не суперечать відомим експериментальним і розрахунковим даним, приведених у роботах [7,8,9] Для порівняння запропонованого зразка з прототипом візьмемо корпусну сталь з типовими для неї значеннями в'язкості руйнування Кю180МПал ВІДПОВІДНО визначення і границею текучості ао2-600МПа до стандарту для достовірного в'язкості руйнування характерні 55189 розміри повинні бути ЦЬ-І>2,5 (180/600) 2 =225мм Запропонований зразок має розміри t>1,3(180/600) 2 =117мм, 1>0,65(180/600) 2 =58,5мм, b-l>0,72(180/600) 2 =64,8мм Об'єм стандартного зразку V C T =1,25bx1,2bxt=1,5b 2 t=1,5x450 2 x225=683437 50мм 3 Об'єм запропонованого зразку V n P E fl=1,5b 2 t=1,5x123,3 2 x117= 2668107,2мм 3 Таким чином, відношення об'ємів зразків складе VcT/VnpEflS:!25,6 Економічна ДОЦІЛЬНІСТЬ очевидна Джерела інформації 1 Draft for Development, 3 1971 Methods for plane-strain fracture toughness (Kic) testing British Standards Institution L , 1971 - 20p 2 E 399-74 Standards method of test for planestrain fracture toughness of metallic materials Annual Book of ASTM Standards, 1974, No 10 p 432-451 3 ГОСТ 25 506-85 Расчеты и испытания на прочность Методы механических испытаний металлов Определение характеристик трегдиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении - М> 1985 - 6 2 с 4 Когут НС Трещиностойкость конструкционных материалов - Львов Вища школа, Изд-во при Львовском ун-те, 1986 - 160с 5 Галатенко Г В К упруго-пластической модели трещины в условиях плоской деформации //Прикл механика -1992,28,9 - С 35-41 6 Каминский А А, Галатенко ГВ К температурной зависимости вязкости разрушения Кіс в области хруп ко-вяз ко го перехода //Там же 1999, 35, 4 -С 80-86 7 Kazawa К, Kishimoto К, Aoki S Конечноэлементное исследование требований к размерам для характеристики КИН при двухосном нагружении //Int J Fracture - 1990, 43, No4 - Р 287-301 8 Статическая прочность и механика разрушения - Перевод с нем под редакцией В Н Теминова -М Металлургия, 1986 -566с 9 Кудряшев В Г , Смоленцев В И Вязкость разрушения алюминиевых сплавов М Металлургия 1976 - 296с Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24