РАСЧЕТ  СРЕДНЕЙ  ЭНЕРГИИ  ПЛАСТИЧЕСКОЙ  ДЕФОРМАЦИИ  НА  ЕДИНИЦУ  ПОВЕРХНОСТИ  В  ЗОНЕ  ОГРАНИЧЕННОЙ  ПЛАСТИЧНОСТИ  ПЕРЕД  ФРОНТОМ  ТРЕЩИНЫ

Бахрачева  Юлия  Сагидулловна

канд.  техн.  наук  доцент  кафедры  физика  и  химия 
Московского  государственного  университета  путей  сообщения  (МИИТ),  Волгоградский  филиал, 
РФ,  г.  Волгоград

E-mail: 

THE  CALCULATION  OF  THE  AVERAGE  ENERGY  OF  PLASTIC  DEFORMATION  PER  UNIT  AREA  IN  THE  AREA  BOUNDED  PLASTICITY  IN  FRONT  OF  THE  CRACK

Julia  Bakhracheva

candidate  of  technical  Sciences,  associate  Professor  of  physics  and  chemistry  of  the  Moscow  state  University  of  railway  engineering  (MIIT),  the  Volgograd  branch, 
Russia,  Volgograd

АННОТАЦИЯ

Предложен  метод  прогнозирования  трещиностойкости  по  результатам  испытаний  на  растяжение.  Предложенная  модель  показывает  правомерность  использования  методов  механики  сплошных  сред  при  анализе  процессов,  происходящих  в  зоне  ограниченной  пластичности  перед  фронтом  трещины.

ABSTRACT

A  method  is  proposed  for  predicting  the  fracture  toughness  according  to  the  results  of  the  tensile  tests.  The  proposed  model  shows  the  validity  of  using  methods  of  continuum  mechanics  in  analysis  of  the  processes  taking  place  in  the  area  bounded  plasticity  in  front  of  the  crack.

Ключевые  слова:   трещиностойкость;  фронт  трещины;  кривая  течения.

Keywords:   the  fracture  toughness;  the  crack  front;  the  curve  of  flow

Наличие  в  промышленности  огромного  парка  оборудования  с  истекшим  паспортным  сроком  службы  постоянно  ставит  вопрос  о  правомерности  продления  срока  эксплуатации.  Это  сложная  задача,  требующая  наличия  надежных  методов  оценки  состояния  металла  в  изделии.  Крупногабаритные  объекты,  находящиеся  в  эксплуатации,  не  могут  быть  доставлены  в  лабораторию  для  проведения  испытаний.  Многие  объекты  работают  столь  долгое  время,  что  методы  расчета  изделий  подобного  типа,  а  также  критерии  оценки  пригодности  к  дальнейшей  работе  давно  изменились.  Это,  в  частности,  относится  к  объектам,  испытывающим  воздействие  переменных  нагрузок.  Последние  приводят  к  росту  трещин  и  вызывают  опасность  хрупкого  или  псевдохрупкого  разрушения. 

Наиболее  современным  методом  оценки  склонности  материалов  к  хрупкому  разрушению  является  определение  трещиностойкости  K_Ic.  При  исследовании  усталостных  разрушений  и  остаточного  ресурса  все  чаще  применяются  методы  механики  разрушения  [3;  4;  6]. 

В  данной  статье  рассмотрена  возможность  упрощения  предложенной  в  работах  [1;  2;  5]  методики.  С  этой  целью  предложено  в  расчетах  использовать  среднее  значение  величины  энергии  пластической  деформации  на  единицу  поверхности  в  малой  пластической  зоне  протяженностью  r  перед  фронтом  трещины.  Для  этого  сначала  была  рассчитана  средняя  величина  интенсивности  упруго-пластической  деформации  e_{i  ср}  в  малой  пластической  зоне  перед  фронтом  трещины:

(1)

После  этого,  по  обобщенной  кривой  течения  определяли  величину  интенсивности  напряжений  s_{i  ср},  соответствующую  значению  e_{i  ср},  и  рассчитывали  среднюю  энергию  пластической  деформации  на  единицу  поверхности  в  зоне  ограниченной  пластичности  перед  фронтом  трещины:

.  (2)

Результаты  расчетов  по  формуле  (2)  для  двух  групп  рассмотренных  выше  сталей  показаны  на  рис.  1.

Рисунок  1.  Зависимость  К _Ic  от  величины  Ög_ср  =  —  высокопрочные  стали,  o  —  низкопрочные  стали

Как  видно  на  рис.  1,  зависимость  К_Ic(Ög_ср)  также  описываются  для  высокопрочных  и  низкопрочных  сталей  одной  прямой  линией:

.  (3)

Результаты  сравнения  средних  значений  интенсивностей  деформаций  и  напряжений  с  величинами  равномерных  деформаций  и  пределов  прочности  для  исследуемых  сталей  приведены  на  рис.  2.  и  3.

Рисунок  2.  Зависимость  s_ср  от  величины  s_в

Рисунок  3.  Зависимость  ε_ср  от  величины  ε_р

Видно,  что  для  всех  рассмотренных  сталей  наблюдается  линейная  зависимость  между  e_{i  ср}  и  e_р,  а  также  s_{i  cр}  и  s_в.  Это  дает  возможность  привести  формулу  (2)  к  следующему  виду:

  (4)

Расчеты  по  формуле  (4)  дают  результат  аналогичный  расчетам  по  формуле  (2):

Рисунок  4.  Зависимость  К _Ic  от  величины  Ög_рав  =  —  высокопрочные  стали,  o  —  низкопрочные  стали

Как  видно  из  рис.  4.  зависимость  К _Ic(Ög_рав)  также  линейна:

.  (5)

Предложенная  модель  показывает  правомерность  использования  методов  механики  сплошных  сред  при  анализе  процессов,  происходящих  в  зоне  ограниченной  пластичности  перед  фронтом  трещины.

Список  литературы:

1. Бахрачева  Ю.С.  Оперативная  оценка  склонности  материалов  к  хрупкому  разрушению  при  статическом  и  циклическом  нагружении:  Дисс..  канд.  техн.  наук/Ю.С.  Бахрачева.  Великий  Новгород,  2004.  —  126  с.
2. Бахрачева  Ю.С.  Оценка  вязкости  разрушения  сталей  по  результатам  контактного  деформирования/Ю.С.  Бахрачева  //  Вестник  Волгоградского  государственного  университета.  Серия  10:  Инновационная  деятельность.  —  2012.  —  №  7.  —  С.  53—56.
3. Медведев  Р.С.  Постановка  железнодорожного  пути  в  проектное  положение  с  применением  координатного  способа  при  организации  высокоскоростного  движения  /  Р.С.  Медведев,  Ю.С.  Бахрачева  //  Вестник  Волгоградского  государственного  университета.  Серия  10:  Инновационная  деятельность.  —  2013.  —  №  1  (8).  —  С.  88—93.
4. Шапочкин  В.И.  Нитроцементация  в  условиях  периодического  изменения  состава  атмосферы  /  В.И.  Шапочкин,  Л.М.  Семенова,  Ю.С.  Бахрачева  //  Материаловедение.  —  2010.  —  №  8.  —  С.  52—58 
5. Bakhracheva  Yu.S.  The  method  for  lifetime  estimation  through  the  mechanical  properties  in  tension/Yu.S.  Bakhracheva  //  Вестник  Волгоградского  государственного  университета.  Серия  10,  Инновационная  деятельность.  —  2014.  —  №  2.  —  С.  27—32.
6. Vasilyev  A.V.  Valve  Cam  Design  Using  Numerical  Step-By-Step  Method/A.V.  Vasilyev,  Yu.S.  Bakhracheva,  O.  Kabore  //  Вестник  Волгоградского  государственного  университета.  Серия  10,  Инновационная  деятельность.  —  2014.  —  №  1.  —  С.  26—32.