Алексей Витальевич Ильин
Aleksey V. Ilyin
Дмитрий Михайлович Артемьев
Dmitriy M. Artemiev
Владимир Юрьевич Филин
Vladimir Yu. Filin
При обосновании применимости сталей для изготовления конструкций, работающих при низких температурах, широко используют различные методики контроля температур вязкохрупкого перехода. Наиболее физически обоснованной, но и трудоемкой является методика определения температуры торможения хрупкого разрушения Ta при испытаниях крупногабаритных образцов-пластин. В связи с этим возникает задача обоснования возможности оценки температуры Ta по результатам более простых испытаний, применяющихся при сертификационных испытаниях листового проката низколегированных сталей. К их числу относятся испытания для определения «температуры нулевой пластичности» (NDT), а также температурных зависимостей вида излома (при статическом изгибе — температура Tкб, при ударном изгибе — температура DWTT). На основе численного моделирования МКЭ процесса распространения трещины в образце при определении NDT установлено, что полученная в эксперименте температура соответствует конкретному значению критического коэффициента интенсивности напряжений при торможении трещины в условиях плоской деформации — K1a. Это значение пропорционально пределу текучести материала при данной температуре σY. На основании результатов предшествующей работы авторов, связывающих температуру Ta с величинами K1a, σY при данной температуре и толщиной листового проката t, предложено корреляционное соотношение температур NDT и Ta, учитывающее толщину материала и его предел текучести. Для связи вида излома проб натурной толщины проката с температурой торможения трещины (Tкб) выполнено численное моделирование распространения разрушения в образце с тупым надрезом. Методика моделирования заключается в назначении условий хрупкого и вязкого разрушений, выполняемых в объеме элемента типа solid фиксированного размера. Показано, что вид излома пробы, нагружаемой изгибом в условиях полномасштабной текучести, трактуемый как отношение количеств элементов, «разрушившихся» по хрупкому механизму, к общему количеству элементов в плоскости разрушения, действительно коррелирует с условием торможения трещины в широкой пластине, нагружаемой растяжением в номинально упругой области. Прогнозируется, что температура Tкб, определяемая как соответствующая 70 % вязкой составляющей в изломе, лежит существенно ниже температуры Ta.
In justifying the applicability of the steels for the manufacture of structures operating at low temperatures various methods of temperature control of viscous-brittle transition are widely used. The most physically reasonable, but also the most time consuming is the method of determining the temperature brittle fracture arrest (Ta), when testing large-scale specimens-plates. In this connection there is a problem to justify the prediction temperature Ta on the results of the more simple tests used in certification testing of sheets of low alloy steel. These include widely used test to determine the NDT — «temperature of zero plasticity», and testing to determine the temperature dependency of the fracture type (Tkb temperature — the static bending temperature, DWTT temperature — in impact bending). By numerical FEM simulation of the process of crack propagation in the specimen NDT received that determined in these tests the temperature of NDT corresponds to the critical stress intensity factor K1a during the crack arrest under plane strain conditions. This value is proportional to the material yield strength σY at given temperature. Based on the results of previous work of the authors linking temperature Ta to the values of K1a, σY at given temperature and thickness of sheet metal t, correlation the ratio of the temperatures NDT and Ta, taking into account the material thickness and its yield stress is proposed. To link the fracture of full thickness specimen with the crack arrest conditions, the numerical simulation of crack propagation in the specimen with a blunt notch Tkb specimens was performed. It is shown fracture of specimens, loaded in full-scale yield, interpreted as the ratio of the quantities of the elements that «destroyed» by brittle mechanism, to the total number of elements in the plane of the fracture is in correlation with the condition of the crack arrest in a wide plate, loaded by the tension in the nominally elastic region. It is projected that in the determination of Tkb as the temperature corresponding to 70% of the viscous component in the fracture, it lies significantly below the temperature Ta.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.