Экспериментальное исследование эффектов нелинейной динамики распространения трещин

• Автор: Уваров, Сергей Витальевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 131 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Теоретические подходы к изучению распространения трещин, обзор
1.1. Введение
1.2. «Классическая» механика разрушения. Теория Гриффитса
1.3. Напряжённое состояние тела с трещиной
1.4. Энергия тела с распространяющейся трещиной
1.5. Параметры материала, описывающие разрушение
1.6. Скорость распространения трещины
1.7. Ветвление трещины
1.8. Микроструктурные аспекты разрушения
1.9. Выводы
2. Экспериментальные методы изучения динамики распространения трещин
2.1. Введение
2.2. Метод фотоупругости
2.3. Метод каустик
2.4. Измерение скорости трещины
2.5. Выводы
3. Экспериментальное исследование динамики хрупкого разрушения
3.1. Введение
3.2. Экспериментальное оборудование
3.3. Нагружающее устройство
3.4. Регистрация поля напряжений
3.5. Измерение скорости трещины
3.6. Свойства исследуемого материала
3.7. Обсуждение результатов
3.7.1. Различные режимы распространения трещины
3.7.2. Зависимость скорости распространения
трещины от нагрузки

3.7.3. Фрактография поверхности излома
3.7.4. Влияние отжига образцов на динамику трещин
3.7.5. Исследование динамики поля напряжений
вблизи вершины трещины
3.8. Механизм разрушения в вершине трещины
3.9. Выводы
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Проблема динамического распространения трещин является предметом пристального интереса исследователей. Экспериментальные и теоретические аспекты этой проблемы изучались в работах Новикова С.А., Иванова А.Г. [43], Слепяна Л.И., Черепанова Г.П., Гольдштейна Р.В. [13], Морозова Н.Ф. [30, 31], Mott [80], Kalthoff [17,77], Kobayashi [23], в которых были предложены варианты обобщения методов механики трещин на случай динамического разрушения, обсуждались масштабные эффекты при множественном распространении трещин, проблемы фрагментации.
В работах Yoffe [99], Craggs, Baker, Freund [72], Broberg [68] было предложено обобщение подходов динамики трещин и получены значения максимальной скорости трещины и условия её ветвления.
Последнее десятилетие ознаменовано всплеском интереса к проблеме динамики трещин в связи с установлением несоответствия скорости распространения трещин значению, предсказываемому методами классической механики трещин, а также обнаружением выраженного эффекта стохастической динамики, ветвления трещины при достижении некоторого порогового значения скорости.
Ряд исследователей (Fineberg [71,96,97], Ciliberto [65,66], Gross [74], Ravi-Chandar [90,91,92,93], Журков C.H. [15], Куксенко B.C. [16]) отмечают, что наблюдаемые эффекты отражают роль структурных процессов, связанных с подготовкой макроскопического разрушения в так называемой «зоне процесса» - области материала, примыкающей к вершине трещины. Эффекты стохастической динамики движения трещины явились также поводом для формирования принципиально нового взгляда на природу статистики фрагментации.
Таким образом, актуальность исследований обусловлена необходимостью более детального экспериментального исследования поведения

больших сил сцепления (силы межатомного взаимодействия) должны смыкаться плавно, образуя остриё.
Рис. 14. Смыкание берегов трещины при наличии сил сцепления (модель Баренблатта).
Баренблатт [4], в своей модели предпринял попытку учесть эти силы в рамках линейной теории упругости. Предполагается, что в малой зоне длиной а, а «I, у вершины действуют силы сцепления <2(х), распределение которых неизвестно (Рис. 14). Постулируется, что в предельном случае конфигурация вершины трещины не зависит от нагрузки. Берега смыкаются плавно и напряжения в вершине трещины конечны. Для ограниченности напряжений потребуем, чтобы в новых условиях нагружения коэффициент интенсивности напряжений К', стал равен нулю. При этом нагрузка р() в формуле (1.8) определяется не только внешними нагрузками, но и силами сцепления, следовательно, р() следует заменить на:
р(4), 0<|<Г| <1-а (1.12)