Способ определения траектории развития трещины в хрупких материалах

СОЮЗ СОВЕТСКИщйцюнРЕСПУ БЛИН,51)5 С 01 В 11/ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВУ дарственный унищеи ове обретениюия скорости ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВ(54) СПОСОБ ОПРЕДРАЗВИТИЯ ТРЕЩИНЫ(57) Изобретениетельной технике,лю,за проявлениемфронта магистральделению зависимосщиностойкости отранения трещины..8)детельство СССРВ 7 Л 8, 1969. ЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИИХРУПКИХ МАТЕРИАЛАХ относится к измериименно к контропроцесса развития ной трещины и опрети динамической трескорости распростЦель изобретения Изобретение относится к измерител ной технике, а именно к динамической механике разрушения, преимущественно к контролю за проявлением процесса развития фронта магистральной трещины и определении зависимости динамической трещиностойкости от скорости распространения трещины.В известных экспериментальных методах исследования динамики разрушения материалов бсобое место уделяют измерению скорости распространения магистральной трещины методом фиксации последовательных разрывов токо- проводящих полосок., напыленных на и рхность образца из ПММА и методами динамической фотоупругости,Я 0170918 повышение точности определения траектории развития трещины за счет умень-.шения перемещения частей образца прикиносъемке. Поставленная цель достигается тем, что данный способ отличается от известных установлениембойка по Ч-образному надрезу образца,предварительно нагруженного растяжением, давлением импульсной нагрузкойпо надрезу, вследствие чего в вершине концентратора локализуется высокаяэнергия упругой .деформации. По дости-.жении критической плотности упругойэнергии деформации с вершины концентратора страгивается магистральная трещина, которая фиксируется спомощью сверхскоростной фоторегистрирую " установки. 5 ил. акустик и методом проецирования на фокальную плоскость,Однако эти методы не дают информации о процессах развития фронта трещины по толщине исследуемого образца в динамике.Высокоскоростное фотографирование как бесконтактный метод исследования быстрых трещин, имеет бесспорное преимущество перед любыми другими ме тодами изучения кинетики распространения трещин, Это связано, преждевсего, с объективностью и независимостью от сложных процессов, происходящих на поверхности и внутри разрушающегося материала.Наиболее близким к из является способ определенраспространения трещин в образцах, заключающийся в том, что в образце создают концентратор, в направлении возможного распространения трещины устанавливают чувствительные пьезокерамические датчики, нагружают образец. По мере повышения нагрузки в зоне концентратора накапливается наибольшая упругая энергия, возрастает степень пластической деформации и появляются микротрещины. Зарождение этих микротрещин улавливается пьезокерамическими датчиками, регистрируется на осциллографе, а траектория их развития снимается на кинопленку.Однако данный способ имеет следующие недостатки. Когда магистральная трещина страгивается, то происходит неравномерное раскрытие противоположных поверхностей образца, что приводит к недостаточной информации о развитии фронта трещины.Цель изобретения - повышение точности определения траектории развития 25 трещины за счет уменьшения перемещений частей образца при киносъемке.Поставленная цель достигается тем, что возникновение трещины инициируют нанесением удара клиновидным бойком по Ч-образному надрезу образца. В результате распространение трещины происходит без раскрытия "берегов" трещины, что позволяет значительно уменьшить перемещение частей образца при киносъемке.35На Фиг.1 представлен способ фотографирования динамики развития фронта трещины на фиг.2 - способ инициирования страгивания магистральной тре щины расклиниванием импульсным ударом бойка ( 1 - исследуемый образец с Ч-образным надрезом 2, 3,4 - боек и фоторегистратор СФРсоответственно, 5 - импульсный источник, света, 6 - корпус криокамеры, 7 - окно с двойным остеклением для освещения и Фотографирования исследуемого объекта); на фиг.3 - .фотографии, поясняю" щие протяженность участков развития роста скорости магистральной трещины, характеризуемые "зеркальной" (З), "матовой (М) и "перьевой" (П) зонами разрушений; на иг.4 - отографии, поясняющие определение длины пути страгивания трещины от импульсного55 расклинивающего удара бойка с использованием поляризационного фильтра; на фиг.5 - график зависимости средней скорости распространения трет щины от длины пути распространения трещины (астр= й(1 тр, где помечены соответственно зоны разрушений 3, И,. П (с этой зависимости начинается переход к микроскопическим исследованиям через мгновенные скороститрещины спомощью фрактографических исследований).Способ осуществляется следующим образом.Образец предварительно нагружается растягивающей нагрузкой. Боек устанавливается по 7-образному над- . резу образца и производится импульсное ударное нагружение, достаточное для инициирования распространения магистральной трещины. В таких условиях нагружения трещина не успевает макроскопически раскрыться, а величина раскрытия трещины сравнима с величиной высоты структуры поверхности разрушения и в таком квазистационарном состоянии двух свободных поверхностей, образующихся трещиной, магистральная трещина успевает пройти всю ширину исследуемого образца, т,е. реализуется плоскость с "диффузно отражающей поверхностью".Если направить луч света под углом 30-45 от нормали к плоскости с "диффузно отражающей поверхностью", то каждый объем элемента шероховатости разрушенной поверхности излучает лучи света. Отраженные и преломленные световые лучи на фокальной плоскости оптической системы фоторегистратора интерферируются. Этим достигается эффект светимости, необходимый для Фотографического разрешения рельефа разрушенной поверхности, благодаря чему в предлагаемом способе получено фотографическое изображение очертания развития фронта трещины и четкие границы разделения изменения структуры поверхности разрушения образца "зеркальная", "матовая", "перьевая" зоны) в процессе роста скорости магистральной трещины (фиг.3).Для определения длины скачка трещины, которая характеризуется зеркальным блеском, в оптическую систему высокоскоростного Фоторегистратора вводится поляризационный фильтр. Это позволяет четко различать по плотности изображения длину участка страгивания трещины от инициирующего удараНегативные изображения трещин, полученные высокоскоростным фотографированием , переводятся контактным способом на позитивное изображение, и производится измерение длины трещинг на фотограммах с помощью оптических приборов линейных измерений (компаратор ИЗАА). По полученным данным измерения строятся в зависимости по мгновенным или средним значениям скорости трещин от длины пути распространения (фиг,5) или от времени раз, - вития трещины 7 тР= 1(1 тр) или 7 тр = Г(й), и зависимости динамического 15 коэффициента интенсивности напряжений от скорости роста трещины или от времени развития трещины (- = Й(7 Р)г. Ьили К. .= Й (с) для оценки динамической трещиностойкости материалов 20 в различных температурных условиях испытания.Разрушение, вызванное явлением высокой степени локализации деформационных процессов в малой области кон чика динамически распространяющейся трещины, формирует на образовавшейся поверхности параболические следы разрушения, у которых геометрические параметры изменяются в зависимости от 30 величины развития скорости магистральной трещины. Такими же характерными свойствами образования следов разрушения с изменяющимися геометрическими параметрами обладают и металлические материалы при высокой степени локализации деформационных процессов в кончике трещины.Таким образом, разрушенные образцы подвергаются фрактографическим 40 исследованиям в зависимости от поставленной задачи исследования (макроили микроуровень), И на основе фрактографических исследований структурных разрушений уточняется соответст вующая модель механизма разрушения (линейная или нелинейная механика разрушения) и соответственно определяются критерии прочности сопротивляемости материала.Использование предлагаемого способа наиболее эффективно используется в динамической механике разрушения, которая исследует динамическую трещиностойкость материалов, деталей и металлоконструкций в условиях динамического нагружения и температур. Измерение длины трещины по особымучасткам развития роста скорости трещины ("зеркальная", "матовая", и "перьевая" зоны) и контроль за развитием фронта трещины по толщине исследуемого образца, позволяют переходить от макромасштаба к микромасштабам исследования с помощью фрактографических исследований благодаря высокой степени локализации деформационных процессов в малой области кончика быстрой трещины. И, наконец, несложность способа и обычная фотбхимическая обработка аэрофотопжнок типа Т 7, 29, 2, массово .применяемых проявителем У 2, сделают предлагаемый способ доступным в любых рядовых лабораториях.Формула изобретенияСпособ определения траектории развития трещины в хрупких материалах,заключающийся в том, что .из исследуемого материала изготавливают плоский,образец с боковым 7-образным надрезом, подвергают образец нагружениюрастягивающей силой, инициируют возникновение трещины и осуществляютскоростную киносъемку процесса деформации, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности определения траектории развития трещиныза счет уменьшения перемещения частейобразца при киносъемке, возникновениетрещины инициируют нанесением удараклиновидным бойком по 7-образному надрезу образца, 1709181Ч,р Н(С ТР фИ Составитель Б.йи Техред А,Кравчук в едактор М,Келе(орректор 1.Пилипен Подписное ЮТ СССР роизводственно"издательский комбинат нПатснт", г, Ужгород, ул. Гагарина,10 Заказ Ц 20ВЦИИПИ Го Тираж арственного комитста 113035, Москва, Ч