Кинетика циклического развития трещин и общая постановка задачи.

Когда в конструкции имеется острый трещинно-подобный дефект или если трещина появилась в структуре металла при малоцикловом нагружении, то при последующих циклических нагружениях происходит ее дальнейший рост.

Процесс развития трещины описывается зависимостью Пэриса:

(9.1)

где - скорость роста трещины по циклам нагружения;

с и n - параметры циклической трещиностойкости;

l – длина трещины;

N - число циклов нагружения;

К₁ – коэффициент интенсивности напряжения.

Параметры циклической трещиностойкости с и n определяются испытаниями металла на разрыв при однократном растяжении по характеристикам пластичности (относительное сужение при разрыве и равномерное относительное сужение).

Коэффициент интенсивности напряжений учитывает изменение концентрации напряжений в вершине трещины и зависит от размеров трещины в предшествующем цикле, геометрических размеров и уровня напряжений у вершины трещины, т.е.

(9.2)

при К₁ ‹ К_th – трещина не развивается;

при К₁ = К_bc – полное разрушение сечения.

Рис.9.1.

Долговечность на стадии развития трещины определяется по характеристикам трещиностойкости при статическом нагружении, определяемым по ГОСТ 25.506-85. точно так же определяется остаточный ресурс стенки трубы, имеющей острые дефекты (трещины, коррозионные язвы острой формы, не провары, острые подрезы, задиры и т.д.).

9.2. Испытание образцов стали и определение характеристик трещиностойкости.

9.2.1. Циклические испытания по ГОСТ 25.506-84*.

Изготовляются образцы, имеющие следующие форму и размеры:

Рис.9.2.

Размеры образца, характеристики стали и прикладываемое усилие подбираются таким образом, чтобы за N≈5∙10⁴ циклов выросла трещина глубиной , такой чтобы при .

- усилие и напряжение цикла.

h - общая глубина трещины;

- начальная глубина трещины (глубина надреза);

- зона устойчивого роста трещины при N≈5*10⁴ циклов,

.

В результате испытаний определяются:

1) h – общая глубина трещины в момент разрушения растягивающим усилием (при до ломе);

2) растягивающее усилие Р, при котором произошел долом;

3) число циклов нагружения N;

4) относительная глубина трещины .

9.2.2. Статические испытания на растяжение гладкого образца и определение параметров пластической деформации по ГОСТ 1497-94*.

Характеристики диаграммы растяжения образца стали без начальной трещины (гладкого образца): - коэффициент относительного равномерного сужения сечения; - коэффициент общего относительного сужения сечения при разрыве.

По данным обработки диаграмм статического испытания вычисляются параметры пластического деформирования:

1) (9.3)

2) (9.4)

3) (9.5)

4) где (9.6)