Геометрия образца с шевронным надрезом для определения вязкости разрушения и скорости роста трещины

Цель работы — оптимизация метода определения вязкости разрушения на образцах с шевронным надрезом. С использованием известных положений механики разрушения определена геометрия образца с шевронным надрезом, обеспечивающая независимость коэффициента интенсивности напряжений от длины трещины в диапазоне, достаточном для его практического применения. Сформулировано требование к форме зависимости податливость — длина трещины для образца с шевронным надрезом. Обоснован выбор формы поперечного сечения образца с шевронным надрезом, геометрических размеров образца и приведена схема захватного приспособления. Получена и экспериментально подтверждена формула для расчета вязкости разрушения по максимальной нагрузке испытания и толщине образца. Проведено сравнение результатов испытаний на вязкость разрушения с использованием образцов с шевронным надрезом и стандартных образцов для ряда алюминиевых сплавов. Получены данные о масштабном факторе и коэффициенте вариации при определении вязкости разрушения. Приведены результаты исследования распределения вязкости разрушения по высоте толстых плит из сплавов 1163Т1 и В95пчТ2. Построена температурная зависимость вязкости разрушения плиты из сплава 1201Т1 в интервале температур от –196 до +200 °C при использовании образцов с шевронным надрезом. Рассмотрены особенности применения образцов с шевронным надрезом для определения скорости роста трещины, связанные с независимостью коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины от ее длины в достаточно широком диапазоне. Описана методика определения скорости роста трещины и приведены результаты оценки da/dN – ΔK для плиты из алюминиевого сплава 1163Т. Простота и надежность методов определения вязкости разрушения и скорости роста трещины (усталости, ползучести, коррозии) на образцах с шевронным надрезом предложенной геометрии позволяют рекомендовать их для проведения контроля и исследований в различных условиях испытаний.

образец с шевронным надрезом, податливость, вязкость разрушения, скорость роста трещины, алюминиевые сплавы

1. Munz D. G. Compliance and stress intensity coefficients for short bar specimens with chevron notches/ Int. J. Fract. 1980. Vol. 16. N 4. P. 359 – 374.

2. Grant T. J., Weber L., Mortensen A. Plasticity in Chevron-notch fracture toughness testing / Eng. Fract. Mech. 2000. Vol. 67. P. 263 – 276.

3. Bartisch M., Zang Z. F., Scheu C., Rühle M., and Messerschmidt U. Fracture parameters of chevron-notched Al2O3/Nb sandwich specimens / Z. Metallkd. 2004. Vol. 95. P. 779 – 784.

4. Рахимкулов Р. Р. Сопоставление значений величины вязкости разрушения K1c, полученной на образцах с шевронной прорезкой и по стандартной методике для стали Ст3сп / Нефтегазовое дело. 2010. № 2. С. 59 – 60.

5. Dai F., Chen R., Xia K. A Dynamic CCNBD Method for Measuring Dynamic Fracture Parameters. Dynamic Behavior of Materials / Proceedings of the 2010 Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics. P. 42 – 48.

6. Дерюгин Е. Е., Панин В. У., Суворов Б. И., Кибиткин В. В. Инженерный метод определения трещиностойкости материалов по данным испытаний образцов с шевронным надрезом/ Международная конференция «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций», Томск, 2015: Тезисы докладов. С. 299.

7. Zagar G., Singh A., Pejchal V., Mueller M., Mortensen A. On measuring fracture toughness under load control in the presence of slow crack growth / J. Eur. Ceram. Soc. 2015. Vol. 35. P. 3155 – 3166.

8. Berdigulov L. R., Schipachev A. M. Investigation of fracture toughness of metals / Juvenis scientia. 2016. N 2. P. 28 – 32.

9. Дерюгин Е. Е., Лепов В. В. Определение трещиностойкости УМЗ материалов при испытании малоразмерных образцов с шевронным надрезом / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 1. С. 64 – 68.

10. Дерюгин Е. Е. Определение трещиностойкости материалов по данным испытаний образцов с шевронным надрезом / LVII Международная конференция «Актуальные проблемы прочности», Севастополь, 2016: Сборник тезисов. С. 59.

11. Deryugin Y., Narkevich N., Antipina N. New Method of Determine Fracture Toughness Characteristics of Small-Size Chevron-Notched Specimens / Int. J. Innovative Res. Eng. Manag. 2016. Vol. 3, July. P. 339 – 348.

12. Богданов А. А. Аналитический расчет трещиностойкости материалов по данным испытаний малоразмерных образцов с шевронным надрезом / XV Международная конференция «Перспективы развития фундаментальных работ», Томск, 2018. Т. 1. С. 72 – 74.

13. Erarslan N. The importance of testing method to evaluate the most representative mode I fracture toughness value of brittle rocks / MOJ Civil Eng. 2018. Vol. 4(5). P. 437 – 441.

14. Seitl S., Ruziska V., Miarka P., Sobek J. Analysis of various chevron notch types and its influence on the ligament area / Transactions of the VSB-Technical University of Ostrava, Civil Engineering Series. 2019. Vol. 19. N 1. P. 28 – 34.

15. Irwin G. R., Kies J. A. Critical Energy Rate Analysis of Fracture Strength / Weld J. 1954. Vol. 33. P. 193 – 198.