8 / 16
К.А. Вансович
8
Инженерный журнал: наука и инновации
# 3·2017
напряжений в вершине трещины, которые, независимо от вида
нагружения, имеют высокие растягивающие значения. В зоне
2
воз-
никают большие пластические деформации по причине развития ка-
сательных напряжений в процессе прорастания трещины: часть ме-
талла с образовавшейся свободной поверхностью получает попереч-
ный сдвиг относительно неразрушенной части металла.
Ранее авторами работы [17] было установлено, что размеры зоны
пластической деформации в вершине трещины (зона
2
) коррелируют
с изменением скорости роста усталостных трещин при двухосном
нагружении. Однако в работе не учитывалось влияние значения
напряжений, развивающихся непосредственно у кончика трещины,
на скорость ее роста. Было установлено, что с увеличением зоны пла-
стических деформаций скорость роста трещины снижается. Особенно
эта связь заметна при испытании образцов на растяжение — сжатие,
когда пластические деформации развиваются наиболее активно.
Задача данного исследования сводится к определению парамет-
ров, характеризующих напряженное состояние в зонах
1
и
2
с учетом
процессов разрушения, характерных для этих частей металла, а так-
же к оценке их влияния на скорость роста усталостных поверхност-
ных трещин при различных видах нагружения.
При исследовании процесса усталостного разрушения сделано
предположение, что в вершине трещины одновременно происходят
разрушения как в зоне
1
, так и в зоне
2
. Однако механизмы разруше-
ния в этих зонах принципиально различаются. В зоне
1
реализуется
хрупкое разрушение отрывом, которое характеризуется величиной
нормальных растягивающих напряжений, а для различных видов
нагружения — отличается величиной среднего напряжения σ
0
. В зоне
2
реализуется вязкое разрушение сдвигом и количественно оценивает-
ся эквивалентными напряжениями σ
экв
и максимальными касатель-
ными напряжениями τ
max.
В зоне
1
у вершины трещины охрупчивание материала характе-
ризуется развитием больших растягивающих напряжений. Здесь реа-
лизуется трехосное растяжение: наибольшие значения имеют напря-
жения σ
у
, перпендикулярные плоскости трещины; напряжения σ
x
и σ
z
также имеют высокие положительные значения, превышающие пре-
дел текучести.
Хрупкое разрушение, которое реализуется впереди фронта тре-
щины в зоне
1
из-за высоких растягивающих напряжений, предложе-
но характеризовать безразмерной величиной β = σ
0
/τ
max
. Увеличение
этого параметра приводит к более активному разрушению впереди
фронта трещины путем отрыва и, соответственно, в процессе уста-
лостного разрушения увеличивает скорость роста трещины. Анализ
диаграмм на рис. 7 позволяет сделать вывод о том, что предложен-