Кинетика множественного разрушения сталей при статическом и циклическом нагружении

• Автор: Тютин, Марат Равилевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Анализ различных подходов и методов, применяющихся для изучения кинетики процесса накопления повреждений

1.1. Пластические зоны в условиях статического и циклического нагружения.

1.1.1. Локальное напряженное состояние материала у вершины

трещины и пластические зоны при статическом нагружении.

1.1.2. Локальное напряженное состояние и пластические зоны у

вершины трещины при циклическом нагружении

1.2. Характеристики механики разрушения

1.3. Методы изучения пластических зон в вершине трещины

1.4. Оценка поврежденности материала внутри пластических зон

1.4.1. Модели механики поврежденности.

1.4.2. Анализ распределения микротрещин в пластической зоне.
1.5. Влияние поврежденности конструкционных материалов на параметры распространения ультразвуковых волн.
1.6. Анализ накопления повреждений в конструкционных материалах с помощью метода акустической эмиссии.
Выводы по главе 1.
Глава 2. Материалы, методы исследования и обработки данных
2.1. Материалы и методы проведения испытаний.
2.1.1. Исследуемые материалы
2.1.2. Испытания на растяжение
2.1.3. Циклические испытания в условиях внецентренного
растяжения
2.1.4. Испытания при циклическом нагружении в условиях
консольного изгиба с вращением
2.2. Методика снятия реплик с поверхности образцов и их анализа
2.3. Методика обработки кривых распределения дефектов по размеру
2.4. Оценка фрактальной размерности
2.5. Фрактографические исследования
2.6. Регистрация и методы обработки сигналов акустической эмиссии
2.7. Измерение коэффициента затухания ультразвука
Выводы по главе 2.
Глава 3. Исследование закономерностей накопления повреждений в малоуглеродистой стали при одноосном растяжении.
3.1. Кинетика пластических зон.
3.2. Результаты оценки характеристик механики разрушения.
3.3. Структура пластической зоны.
3.3.1. Кинетика накопления микротрещин в пластической зоне
3.3.2. Критерии множественной поврежденности
3.4. Фрактографическое исследование
3.5. Стадийность процесса множественного разрушения
Выводы по главе 3.
Глава 4. Закономерности накопления повреждений при циклическом нагружении
4.1. Результаты циклических испытаний образцов из стали на
внецентренное растяжение
4.1.1. Кинетика роста усталостных трещин
4.1.2. Кинетика пластических зон
4.1.3. Исследование поврежденности в пластической зоне
4.2. Результаты исследования образцов с пятью надрезами из стали
ХАН4МДБ.
4.2.1. Кривая усталости и кинетическая диаграмма усталостного
разрушения
4.2.2. Изучение макрорельефа разрушения.
4.2.3. Изучение зон пластической деформации
Выводы по главе
Глава 5. Исследование поврежден пости материалов при помощи акустических методов неразрутающего контроля
5.1. Анализ множественного разрушения образцов из стали методом Ф акустической эмиссии.
5.2. Оценка коэффициента затухания ультразвука.
Выводы по главе 5.
Глава 6. Изучение развития поврсждснностн конструкционных сталей в процессе эксплуатации на Астраханском газоконденсатном месторождении.
6.1. Исследование поврежденности материала газопровода.
6.2. Исследования структуры и степени поврежденности материала
задвижки устьевого фонтанного оборудования.
6.3. Исследование состояния материала образцов обсадной колонны,
вырезанных с разной глубины
6.4. Исследование состояния материала элементов лубрикатора
Выводы по главе 6.
Общие выводы по диссертации.
Список использованных источников


Если толщина образца или детали мала, то, изза близости свободных поверхностей, ограничения в развитии пластической деформации отсутствуют, и у вершины трещины реализуется условие плоского напряженного состояния. Согласно расчетам механики разрушения 5, 6, при ПН конфигурация пластической зоны становится вытянутой в направлении распространения трещины, а ее размер в несколько раз большим, чем в случае ПД 5, 6. Следует заметить, что смена локального напряженного состояния материала происходит не только при изменении толщины образца или детали, но и в различных участках сечения одного и того же образца. Так, например, выше было сказано, что при больших значениях толщины образца в центральном сечении реализуется условие плоской деформации. Как следствие этого, в данной области образца реализуется условие плоского напряженного состояния материала 5, 6, которое проявляется в образовании у боковых поверхностей образца губ среза. Таким образом, основываясь на положениях механики разрушения, мы видим, что пластические зоны, образующиеся у вершины трещины в условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния, отличаются как по форме, так и по размерам. Это обстоятельство должно сказываться на механизме разрушения металлических материалов и на его сопротивлении развитию трещины. Согласно теоретической модели Райса 7, в условиях циклического деформирования у вершины усталостной трещины образуются две пластические зоны монотонная зона зона текучести гу, появляющаяся уже на первых стадиях нагружения, и циклическая зона гун,. Образование монотонной пластической зоны происходит под действием максимальных растягивающих напряжений, возникающих у вершины трещины. Высказано предположение 3, что образование данной зоны связано с достижением микротекучести материала. Образование циклической пластической зоны связано с тем, что у вершины распространяющейся трещины возникают значительные по величине напряжения сжатия, в то время как впереди трещины имеют место растягивающие напряжения. Наличие монотонной и циклической пластических зон под поверхностью усталостных изломов было экспериментально подтверждено при испытании многих материалов как с ОЦК, так и с ГЦК решеткой. КтаХ а циклической с АК 8, 9. Рассмотрим схему образования монотонной и циклической пластических зон у вершины усталостной трещины рис. Как уже отмечалось, образование монотонной пластической зоны связано с максимальными растягивающими напряжениями, возникающими у вершины усталостной трещины. При изменении знака нагружения в пределах монотонной пластической зоны возникают сжимающие напряжения на рис. При достижении предела текучести деформационноупрочннного материала су т эти сжимающие напряжения формируют циклическую пластическую зону. Таким образом, циклическая пластическая зона образуется даже в случае одноименных растягивающих циклов нагружения, а е размеры, как уже отмечалось, контролируются размахом коэффициента интенсивности напряжений АК. Рис. Схема образования пластических зон у вершины усталостной трещины а и под поверхностью изломов б монотонная светлое поле гу и циклическая темное поле гуИ зона коэффициент асимметрии цикла К0. Аналогичным образом формируются монотонная и циклическая пластические зоны у вершины усталостной зоны и при других значениях коэффициента асимметрии цикла нагружения Я . Вопросам разработки критериев оценки локального напряженного состояния материала при усталостном разрушении уделяется особое внимание, поскольку локальное напряженное состояние оказывает большое влияние на кинетику распространения усталостной трещины. Для оценки пластической зоны при циклическом нагружении используют соотношение 1. Подробные данные об экспериментальных значениях коэффициента п приведены в работе . Установлено, что скорость роста трещин растет с увеличением толщины образца. Когда в образце реализуется плоскодеформированное состояние, скорость роста увеличивается. Отмечено, что размер пластической зоны является определяющим параметром роста усталостной трещины. Как уже отмечалось выше, монотонная пластическая зона при усталостном разрушении близка по своей природе к слабодеформированной макрозоне при статическом разрушении.