Agnieszka Rodziewicz

Inżynieria Materiałowa

Semestr 5

,,Badanie propagacji pęknięcia zmęczeniowego''

1.Cel ćwiczenia

Celem jest poznanie podstaw mechaniki pękania i sposobów opracowania wyników pomiaru

i obliczeń prędkości propagacji pęknięć zmęczeniowych.

2.Mechanika pęknięcia

Mechanika pęknięć wzbogaca istniejące parametry miary odporności na pękanie w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych. Doświadczalna mechanika pękania zajmuje się wyznaczaniem parametrów charakteryzujących odporność materiału na inicjacje wzrostu pęknięcia oraz odporność na wzrost pęknięć. Zajmuje się ona również rejestracją i śledzeniem procesu rozwoju pęknięć, zarówno tego stabilnego i niestabilnego.

Rodzaje mechanik pękania:

a.)liniowo- sprężysta: występuje, jeśli propagacja pęknięcia (szczeliny) odbywa się przy bardzo małym odkształceniu plastycznym w obszarze wierzchołka szczeliny; umożliwia opis ilościowy zniszczenia rozpoczynającego się od pęknięć, pod warunkiem, że rozprzestrzenianie się pęknięcia odbywa się w materiale liniowo- sprężystym, w zakresie obowiązywania równań teorii sprężystości. Liniowo-sprężysta mechanika pękania obejmuje przypadki, w których rozprzestrzenianiu się pęknięcia może towarzyszyć wyłącznie odkształcenie sprężyste, czyli dotyczy materiałów idealnie kruchych

b.)nieliniowo- sprężysta: występuje, jeżeli odkształcenie plastyczne poprzedzające rozwój pęknięcia przekracza wielkość określoną warunkami liniowo- sprężystej mechaniki pękania; obejmuje przypadki, gdy strefa odkształceń plastycznych u wierzchołka pęknięcia jest zbyt duża, by spełnić wymagania liniowo- sprężystej mechaniki pękania. Wówczas miara własności ciągliwych materiału jest rozwarcie pęknięcia . Strefa plastyczna umożliwia rozwieranie brzegów pęknięcia bez powiększania jej długości. Przyjmuje się, że na przedłużeniu pęknięcia występują obszary odkształceń plastycznych, w których panuje naprężenie równe efektywnej granicy plastyczności Rpl (najczęściej granicy plastyczności Re ). Rozwarcie pęknięcia
nie występuje w przypadku braku strefy odkształceń plastycznych u wierzchołka pęknięcia.

Wyróżniamy 3 podstawowe przypadki rozwoju pęknięć i obciążenia elementów z pęknięciami:

a.) Schemat ten charakteryzuje się rozwarciem płaszczyzn w kierunku osi y, symetrycznie

do płaszczyzny, w której znajduje się pękniecie.

b.) Schemat ten przedstawia poślizg, ścięcie w kierunku osi x w płaszczyźnie pęknięcia.

c.) Schemat ten przedstawia przemieszczenie w płaszczyźnie pęknięcia w kierunku osi z.

Schemat pęknięcia: a) w ciele idealnie kruchym, b) w ciele sprężystym z niewielkim udziałem odkształceń

plastycznych, c, d) ze znaczna strefa odkształceń plastycznych u wierzchołka pęknięcia i rozwarciem pęknięcia

Wykres zależności siły obciążającej przy rozciąganiu do rozwarcia pęknięcia, ze schematycznym przedstawieniem zakresów liniowo- sprężystej i nieliniowej mechaniki pękania oraz zakresów obowiązywania współczynnika intensywności naprężeń KIc, rozwarcia pęknięcia dc i całki Rice'a JIc, F(Re) , F(Rm) , F(Ru) - siły odpowiadającej granicy plastyczności, naprężeniu rozrywającemu oraz granicy wytrzymałości.

Kryteria oceny odporności materiałów na pękanie:

W zależności od zakresu odkształceń plastycznych u wierzchołka pęknięcia (co jest własnością

danego materiału) i długości pęknięcia, miarą odporności materiału na pękanie może być współczynnik intensywności naprężeń K, rozwarcie pęknięcia
, oznaczane także jako COD, oraz całka Rice'a zmiany energii odkształcenia u wierzchołka pęknięcia J. Metastabilne rozprzestrzenianie się pęknięcia bez zmiany obciążenia następuje wówczas, gdy którakolwiek z tych wielkości (w zakresie ich ważności) osiągnie wartość większą od krytycznej. Kryteria odporności na pękanie można zanotować jako:

gdzie:
oznaczają wartości krytyczne odpowiednich wielkości.

Proces pękania zmęczeniowego

1

---