Вязкость разрушения

Цель работы: Расчет всех возможных критериев вязкости разрушения с учетом критериев их достоверности. Определение момента старта трещины по результатам АЭ.

Методика испытаний
Испытание на вязкость разрушения проводят по схеме внецентренного растяжения или трехточечного изгиба специальных образцов.
Образцы имеют прямоугольное поперечное сечение и односторонний острый надрез, в вершине которого на пульсаторе наводится усталостная трещина.
Для корректного определения К1с соотношения всех размеров образца, надреза и трещины должны обеспечивать условия плоской деформации у вершины трещины и упруго-напряженное состояние вдали от нее;
толщина сечения образца t должна быть не меньше β(К1с / 0,2)2,
где 0,2 – условный предел текучести материала при обычном растяжении в тех же условиях

Образец на трехточечный (сосредоточенный) изгиб
Основные требования к размерам
t = 0,5b
b = 2t
l = (0,45…0,55) b
L=4b
h = (0,25…0,45) b

Образец на внецентренное растяжение
Основные требования к размерам
b = 2t
t = 0,5b
l = (0,45…0,55) b

Метод акустической эмиссии – это метод испытаний, основанный на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии, вызванных внутренними источниками, расположенными в толще исследуемого тела.
Акустическая эмиссия (АЭ) – это акустическое излучение ультразвукового диапазона (∆ƒ примерно равен 100 МГц), сопровождающее процессы фазовых превращений, деформации и разрушения материалов. 
Результаты

Для того, чтобы определить момент начала распространения трещины нужно провести синхронизацию времени сигналов АЭ и раскрытие трещины.

Рисунок 1 – График зависимости нагрузки и амплитуды АЭ от раскрытия трещины

Начало раскрытия трещины в данном эксперименте было зафиксировано. Первый пик значений амплитуды эмиссии соответствует точке Pq. Из графика видно, что на 32,30000391 секунде при нагрузке 353,2833862. Н наблюдается максимальный сигнал АЭ, который совпадает по времени со максимальным значением нагрузки.
Для оценки вязкости разрушения необходимо определить все возможные критерии. В данной работе определялись критерии K1c, J1c и COD.
Коэффициент K1c рассчитывался по формуле:

Y = 3(0,0041/0,010)0.5(1.99-0,0041/0,010)*(1-0,0041/0,010)(2.15-3.93*0,0041/0,010+2.7*0,0041/0,0102) / (2(1+2*0,0041/0,010)(1-0,0041/0,010)1.5) = 0,283

К1С = ((339,4689*0,060) / 0,010*0,0101,5)0,283 = 576,42кН/м3/2 = 0,57МПа/м1/2
t – ширина образца, мм
b – толщина образца, мм
Y – поправочная функция.
PQ – нагрузка в точке пересечения с 5%-ной касательной, Н
L – расстояние между опорами, мм
l – длина нанесенной трещины, мм
Значение PQ определялось путем построения 5 процентной от касательной к линейному участку графика. Приблизительное значение PQ составило 339,4689 Н, а раскрытие трещины в этот момент 0.41 мм. Значение поправочной функция Y равно 0,761. Значение коэффициента интенсивности напряжений 0,57МПа/м1/2.
Энергетическая характеристика J1с рассчитывалась по формуле: