zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-4-60-65zldm-719Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СКОРОСТИ ВЕТВЛЕНИЯ ТРЕЩИНЫ В ПОЛИМЕРАХEXPERIMENTAL STUDY OF THE CRACK BRANCHING SPEED IN POLYMERSАлексеевА. А.AlexeevA. A.

Анисий Анисиевич Алексеев

г. Якутск

Anisiy A. Alexeev 

Yakutsk

spinor03@gmail.comБольшевК. Н.BolshevK. N.

Константин Николаевич Большев

г. Якутск

Konstantin N. Bolshev

Yakutsk

ИвановВ. А.IvanovV. A.

Василий Алексеевич Иванов

г. Якутск

Vasiliy A. Ivanov 

Yakutsk

СыромятниковаА. С.SyromyatnikovaA. S.

Айталина Степановна Сыромятникова

г. Якутск

Aytalina S. Syromyatnikova 

Yakutsk

БольшаковА. М.BolshakovA. M.

Александр Михайлович Большаков

г. Якутск

Alexander M. Bolshakov 

Yakutsk

АндреевА. С.AndreevA. S.

Александр Семенович Андреев 

г. Якутск

Alexander S. Andreev 

Yakutsk

Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАНРоссияV. P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of Russian Academy of SciencesRussian Federation2018140520188446065Copyright © Алексеев А.А., Большев К.Н., Иванов В.А., Сыромятникова А.С., Большаков А.М., Андреев А.С., 20182018Алексеев А.А., Большев К.Н., Иванов В.А., Сыромятникова А.С., Большаков А.М., Андреев А.С.Alexeev A.A., Bolshev K.N., Ivanov V.A., Syromyatnikova A.S., Bolshakov A.M., Andreev A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/719

Одной из малоизученных проблем современной механики и физики разрушения является ветвление трещины, которое наблюдается в материалах различной природы. Для его исследования выполнен анализ критериев и механизмов ветвления трещины. Рассмотрены работы по исследованию ветвления трещины в полимерах и стали, фрактографическому исследованию поверхности разрушения. Установлено, что трещина при ветвлении в хрупких пластиках достигает предельной скорости распространения V* = 500 – 800 м/с. Проведены испытания на растяжение плоских образцов из полиметилметакрилата (ПММА) при температурах +20 и –60 °C с измерением скорости трещины методом разрыва токопроводящих полос. Создана измерительная установка на основе прецизионного преобразователя сигналов термометров сопротивления и термопар «Теркон», соединенного с компьютером. Проведены измерения скорости трещины при прямолинейном распространении трещины в зеркальной, матовой и перьевой зонах поверхности разрушения ПММА; при одиночном ветвлении трещины; при множественном ветвлении трещин с параллельным движением фронта нескольких трещин. Предложена гипотеза физического механизма ветвления трещины.

One of the little-studied problems of modern mechanics and the physics of fracture is the branching of the crack, which is observed in materials of a different nature. For his research, an analysis of the criteria and mechanisms for crack branching. The investigations of crack branching in polymers and steel, fractographic investigation of the fracture surface are considered; criteria for crack branching as a dynamic stress intensity factor, crack speed. It is established that the crack at branching in brittle plastics reaches the limiting propagation speed V* = 500 – 800 m/sec. Tensile tests of flat samples from polymethylmethacrylate (PMMA) at temperatures of +20 and –60°C were carried out, with measurement of crack speed by the method of rupture of conducting strips. A measuring device based on a precision converter of signals of resistance thermometers and thermocouples «TERCON», connected to a computer, was created. Measured crack speed for rectilinear crack propagation in the mirror, matte, and feather zones of fracture surface of the PMMA; with single branching of the crack; with multiple branching of cracks with parallel movement of the front of several cracks. A hypothesis is proposed for the physical mechanism of fracture branching.

трещинаветвлениескоростьполимерстальcrackbranchingvelocitypolymersteelReferencesYoffe E. The moving Griffith crack / Philosophical Magazine. 1951. N 42. P. 739 – 750.Yoffe E. The moving Griffith crack / Philosophical Magazine. 1951. N 42. P. 739 – 750.Немец Я., Серенсен С. В., Стреляев В. С. Прочность пластмасс. — М.: Машиностроение, 1970. — 335 с.Nemets Ya., Serensen S. V., Strelyaev V. S. The strength of plastics. — Moscow: Mashinostroenie, 1970. — 335 p. [in Russian].Финкель В. М. Физика разрушения. — М.: Металлургия, 1970. — 376 с.Finkel’ V. M. Fracture physics. — Moscow: Metallurgiya, 1970. — 376 p. [in Russian].Ravi-Chandar K. Dynamic fracture of nominally brittle materials / International Journal of Fracture. 1998. N 90. P. 83 – 102.Ravi-Chandar K. Dynamic fracture of nominally brittle materials / International Journal of Fracture. 1998. N 90. P. 83 – 102.Ravi-Chandar K., Knauss W. G. An experimental investigation into dynamic fracture. III. On steady-state crack propagation and crack branching / International Journal of Fracture. 1984. N 26. P. 141 – 154.Ravi-Chandar K., Knauss W. G. An experimental investigation into dynamic fracture. III. On steady-state crack propagation and crack branching / International Journal of Fracture. 1984. N 26. P. 141 – 154.Sharon E., Fineberg J. Microbranching instability and the dynamic fracture of brittle materials / Physical Review B. 1996. Vol. 54. N 10. P. 7128 – 7139.Sharon E., Fineberg J. Microbranching instability and the dynamic fracture of brittle materials / Physical Review B. 1996. Vol. 54. N 10. P. 7128 – 7139.Бедий И. Н. Кинетика быстрых трещин и их ветвление: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Киев, 1990. — 17 с.Bedii I. N. Kinetics of fast cracks and branching: Author’s abstract of candidate’s thesis. — Kiev, 1990. — 17 p. [in Russian].Наймарк О. Б., Баранников В. А., Давыдова М. М. и др. Динамическая стохастичность и скейлинг при распространении трещины / Письма в ЖТФ. 2000. Т. 26. Вып. 6. С. 67 – 77.Naimark O. B., Barannikov V. A., Davydova M. M., et al. Dynamic stochasticity and scaling on the propagation of cracks / Pis’ma Zh. Teor. Fiz. 2000. Vol. 26. Issue 6. P. 67 – 77 [in Russian].Уваров С. В. Экспериментальное исследование эффектов нелинейной динамики распространения трещин: Автореф. дис. ... канд. физ-мат. наук. — Пермь, 2000. — 16 с.Uvarov S. V. Experimental study of the effects of the nonlinear dynamics of crack propagation: Author’s abstract of candidate’s thesis. — Perm, 2000. — 16 p. [in Russian].Kobayashi A. S., Ramulu M. Mechanics of crack curving and branching — a dynamic fracture analysis / International Journal of Fracture. 1985. N 27. P. 187 – 201.Kobayashi A. S., Ramulu M. Mechanics of crack curving and branching — a dynamic fracture analysis / International Journal of Fracture. 1985. N 27. P. 187 – 201.Даффи А. Р., МакКлур Дж. М., Айбер Р. Дж., Мэсси У. А. Практические примеры расчета на сопротивление хрупкому разрушению трубопроводов под давлением / Разрушение. В 7-ми т., Т. 5. — М.: Машинострение, 1977. С. 146 – 209.Duffy A. R., McClure G. M., Eiber R. J., Massey W. A. / Fracture. Vol. 5 // Edited by H. Liebowitz. — New York: Acad. Press, 1969. P. 159.Сыромятникова А. С., Алексеев А. А., Левин А. И. и др. Механизмы разрушения полимерного материала при распространении и ветвлении трещины / Деформация и разрушение материалов. 2008. № 2. С. 33 – 39.Syromyatnikova A. S., Alekseev A. A., Levin A. I., et al. Mechanisms of fracture of the polymer material in the propagation and branching cracks / Deform. Razrush. Mater. 2008. N 2. P. 33 – 39 [in Russian].Алексеев А. А., Левин А. И., Сыромятникова А. С. и др. Ветвление трещины при разрушении цилиндрических оболочек из углеродистой стали внутренним давлением / Деформация и разрушение материалов. 2008. № 12. С. 33 – 39.Alekseev A. A., Levin A. I., Syromyatnikova A. S., et al. Cracks branching in the fracture of cylindrical shells made of carbon steel internal pressure / Deform. Razrush. Mater. 2008. N 12. P. 33 – 39 [in Russian].Сыромятникова А. С., Алексеев А. А., Левин А. И., Лыглаев А. В. Ветвление трещины в углеродистой стали. Механизмы разрушения / Деформация и разрушение материалов. 2009. № 2. С. 25 – 30.Syromyatnikova A. S., Alekseev A. A., Levin A. I., Lyglaev A. V. Cracks branching in carbon steel. Mechanisms of fracture / Deform. Razrush. Mater. 2009. N 2. P. 25 – 30 [in Russian].Алексеев А. А., Сыромятникова А. С., Большев К. Н. Разрушение твердых тел при быстром распространении и ветвлении трещин. — Lambert Academic Publishing, 2013. — 128 с.Alekseev A. A., Syromyatnikova A. S., Bol’shev K. N. Fracture of solids by rapid propagation and branching cracks. — Lambert Academic Publishing, 2013. — 128 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.