трешины G
(но чем прочнее материал, тем работа G
обычно ниже). Конструкций абсолютно без дефектов не бывает (и
по способу изготовления, и по условиям эксплуатации). Важно знать,
какой дефект приемлем и какой его размер должен надежно
обнаруживаться, чтобы вовремя прекращать эксплуатацию
конструкции.
Критерий старта трещины находится
из сопоставления упругой энергии разгрузки материала вблизи трещины и
работы разрушения G (задача
Гриффитса, 1919 г.). Когда большой объем материала однородно
растягивается напряжением а, плотность упругой энергии в нем и =
а2/2Е.
Около трещины длиной 2L
напряжения перераспределяются: силовые линии ее обтекают,
оставляя зону без напряжений площадью примерно nL2. Из
нее высвобождена упругая энергия А2 =
ukL?=kL 2а2/2Е.
Но на образование берегов трещины затрачена работа А1 = 2GL,
пропорциональная ее длине. Высвобождаемая энергия А2 растет с длиной трещины
квадратично, а А, - линейно.
Критическое состояние — когда прирост затрат и высвобождение энергии
равны: dA]/dL = dA2/dL или kLgz/E= 2G. Тогда при постоянном
напряжении а трещины длиннее критического размера LKp= GE/кв2 растут
самопроизвольно (почти со звуковой скоростью). А для трещины любого
данного размера L существует критическое напряжение
акр = tJGE/kL , при котором начинается ее неограниченный
рост. Удобнее переписать окр = К1с/4м~Ь, где М взамен к/2 —
фактор формы любой трещины (вычисляемый из теории упругости), a
Klc = J2GE — критическая интенсивность напряжений
или вязкость разрушения. Для данного материала при данной
температуре эта величина — константа. Она определяется из независимого
эксперимента: измеряют номинальное (по исходному сечению) напряжение
старта заранее созданной трещины известного размера
L.
Если напряжение в конструкции а,
то степень риска от появления трещины длиной L указывает
интенсивность напряжений К\ - а 4ML . Мгновенное разрушение наступит,
когда будет достигнуто критическое
~ К\с- Для
практических расчетов конструкций по допустимому размеру трещины L
= (К1с/а)2/М накоплены тома вычисленных
значений М и экспериментально измеренных для разных материалов
значе-нии К\с. (Не очень удобное для
сопоставлений К1с соотношение единиц: 1
Н/мм3/2 = 1(Г3/2МПа^; или 1
кг/мм3/2 = 0,316 МПа^).
Стандартную величину
К1с измеряют на воздухе, но вообще она сильно
зависит от среды испытания. Коррозионное растрескивание под
напряжением — наиболее опасный для высокопрочных сталей вид
коррозии. При совершенно не поврежденной на вид, блестящей поверхности
ме-
