РОСТ ТРЕЩИН В ХРУПКИХ МАТЕРИАЛАХ В УСЛОВИЯХ изгиба
,
Москва, Россия
Проведены экспериментальные исследования деформационных и прочностныхсвойств, а также характеристик трещиностойкости различных конструкционных графитов, отличающихся структурой. Исследованные графиты принадлежат к классу хрупких материалов, жесткость и прочность которых увеличивается с ростом температуры. Для испытанных графитов условный предел текучести не наблюдался даже при температуре 2000 ºС. Таким образом, для графитов область нелинейности перед вершиной трещины практически весьма мала, что позволяет проводить испытания на вязкость разрушения на образцах значительно меньших размеров по сравнению с образцами, используемыми для металлических материалов.
Характеристики вязкости разрушения графитов определены на основе испытаний образцов с надрезами в условиях трехточечного изгиба. При определении этих характеристик использован как метод податливости, так и метод К-тарировки. Установлено, что для крупнозернистого графита, имеющего предел прочности значительно ниже, чем для мелкозернистых графитов, критический коэффициент интенсивности напряжений примерно такой же, как для мелкозернистых графитов, т. е. графиты, пределы прочности которых существенно различаются, имеют одинаковые характеристики сопротивления росту трещин.
На основе известной тарировки коэффициента интенсивности напряжений и формулы для интенсивности освобождения энергии упругой деформации предложен метод определения длины трещины в процессе ее роста в хрупком материале по падающему участку диаграммы нагрузка – прогиб. Получена зависимость податливости при изгибе образца с надрезом от относительной длины трещины. На основе силового критерия разрушения получены зависимости критической силы и соответствующего ей значения критического прогиба от относительной длины трещины, на основе которых построена предельная диаграмма зависимости предельной нагрузки от предельного прогиба. Установлено, что при жестком нагружении с контролем изменения прогиба распространение трещин, относительная длина которых меньше 0.27, носит неустойчивый характер, в то время как для более длинных начальных трещин происходит устойчивый рост трещин, контролируемый изменением прогиба. При этом часть работы внешних сил затрачивается на изменение кинетической энергии в процессе роста трещин, начальная относительная длина которых меньше 0.27.
Проведенный анализ позволил сформулировать метод определения вязкости разрушения в процессе роста трещины для хрупких или полухрупких материалов, для которых могут быть использованы подходы линейной механики разрушения. При этом возможно определение скорости роста трещины в течение всего процесса разрушения.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант ).
