АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИОННО-СИЛОВЫХ СХЕМ НАГРУЖЕНИЯ ДВУХБАЛОЧНЫХ ОБРАЗЦОВ

Цель работы — исследование возможных схем нагружения двухбалочных (ДКБ) образцов для пополнения арсенала методов их испытания. Приведен математический анализ десяти схем нагружения образцов с различными способами закрепления и нагружения консолей — силовым, деформационным и деформационно-силовым. Для каждой схемы нагружения приведены формулы коэффициентов интенсивности напряжений, а также зависимости угла разворота торцевых сечений консолей-плеч образца от длины трещины. Эти зависимости рассматриваются как основа разработки методов измерения длины трещины, изменяющейся в процессе испытания. Для определения коэффициентов интенсивности напряжений использован энергетический подход. Классическая схема силового нагружения ДКБ образца парой сил дополнена схемой нагружения двумя парами сил, приложенных в разных сечениях. Осуществлена схема модификации ДКБ образца путем жесткого связывания концов его консолей. В этом случае каждое плечо образца представляет собой один раз статически неопределимую балку и ДКБ образец превращается в двухбалочный. Исследуется также возможность перестановки сечений приложения нагрузки и положения жесткой опоры-связи. Деформационное нагружение моделируется установкой клина в одном или двух сечениях. Эффект клина рассматривается в виде задаваемой деформации в одном из сечений и связыванием консолей образца — в другом. Приведены формулы коэффициента интенсивности напряжений несимметричного относительно линии распространения трещины ДКБ образца при чисто силовом нагружении силами, приложенными в одном сечении. Представлены ссылки на работы, в которых ряд предлагаемых схем экспериментально опробован.

1. Obreimoff I. W. The spliting strength of mica // Proceedings of the Royal Society of London. Ser. A. 1930. Vol. CXXVII. N 804. P. 290 – 297.

2. Кузнецов В. Д. Поверхностная энергия твердых тел. — М.: ГИТТЛ, 1954. — 220 с.

3. Гилман Дж. Дж. Скол, пластичность и вязкость кристаллов. — В кн.: Атомный механизм разрушения. — М.: ГНТИЛ, 1963. С. 218 – 253.

4. Риплинг Э. Дж. Проблемная дискуссия / Прикладные вопросы вязкости разрушения. — М.: Мир, 1968. С. 530 – 532.

5. Краев А. Г., Маркочев В. М., Яблонский И. С. О влиянии среды на рост усталостной трещины в сплавах В95пчТ2 и Д19пчТ / В сб.: Физика и механика деформации и разрушения. Вып. 5. — М.: Атомиздат, 1978. С. 63 – 67.

6. Roy A. Stress corrosion cracking test using DCB speciments. — Lawrence Livermore National Laboratory, 1996. — 8 p.

7. Kanninen M. F. An augmented double cantilever beam model for studying crack propagation and arrest / Int. J. Fract. 1973. Vol. 9. N 1. P. 83 – 92.

8. Маркочев В. М., Краев А. Г., Бобринский А. П. и др. Исследования вязкости разрушения корпусной стали 12Х2МФА по моменту старта и остановки трещины при неизотермических условиях испытаний / В сб.: Физика и механика деформации и разрушения. Вып. 4. — М.: Атомиздат, 1977. С. 41 – 47.

9. Лышов Л. Л., Маркочев В. М., Барабанов В. Н. Определение трещиностойкости углеграфитовых материалов по остановке трещины / Заводская лаборатория. 1983. Т. 49. № 4. С. 76 – 80.

10. Franklin V. A., Christopher T. Fracture energy estimation on DCB specimens made of glass/epoxy. An experimental study / Adv. Mater. Sci. Eng. 2013. Vol. 2013. Article ID41206. P. 7.

11. Bardis J. D., Kedward K. T. Surface preparation effects on mode I testing of adhesively bohded composite / J. of Composites Technology & Research. 2002. Vol. 24. N 1. P. 30 – 37.

12. Arola D., Rouland J. A., Zhang D. Fracture of bovine dentin / Experimental Mechanics. 2002. Vol. 42. N 4. P. 380 – 388.

13. Маркочев В. М., Краев А. Г. Методика исследований роста усталостных трещин при постоянном значении размаха коэффициента интенсивности напряжений / Заводская лаборатория. 1976. Т. 42. № 4. С. 469 – 473.

14. Гольцев В. Ю., Маркочев В. М. Методика исследования процессов роста усталостных трещин при постоянном размахе коэффициента интенсивности напряжений / Деформация и разрушение материалов. 2012. № 7. С. 43 – 47.

15. Гольцев В. Ю., Маркочев В. М. Методы стабилизации коэффициента интенсивности напряжений при испытании материала на трещиностойкость и их развитие / Ядерная физика и инжиниринг. 2013. Т. 4. № 11 – 12. С. 964 – 970.

16. МР 71–82. Методические рекомендации. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик вязкости разрушения (трещиностойкости) на стадии остановки трещины. — М.: ВНИИНМАШ Госстандарта, 1982. — 27 с.

17. РД 50-345–82. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. — М.: Издательство стандартов, 1983. — 96 с.

18. МР 14–01. Определение зависимости трещиностойкости (вязкости разрушения) от скорости распространения трещины / В кн.: Механика катастроф. Определение характеристик трещиностойкости конструкционных материалов. Т. 2. — М.: Ассоциация КОДАС, 2001. С. 143 – 167.

19. Зайнуллин Р. С., Абдуллин Л. Р. Модифицированный ДКБ образец для испытаний на трещиностойкость / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 8. С. 66 – 67.

20. Biel A., Stigh U. An analysis of the evaluation on fracture energy using DCB-specimen / Arch. Mech. 2007. Vol. 42. N 4 – 5. P. 311 – 327.

21. Гольцев В. Ю., Краев А. Г., Маркочев В. М. Исследовательские возможности применения образцов типа двухконсольной балки / Деформация и разрушение материалов. 2014. № 7. С. 34 – 43.

22. Гольцев В. Ю., Маркочев В. М. Коэффициент интенсивности напряжений двухбалочного образца при различных схемах жесткого нагружения / Деформация и разрушение материалов. 2014. № 8. С. 40 – 46.

23. Гольцев В. Ю., Маркочев В. М. Коэффициенты интенсивности напряжений в ДКБ образце при деформационно-силовом нагружении его консолей / Атомная энергия. 2014. Т. 117. № 9. С. 137 – 142.

24. Гольцев В. Ю., Маркочев В. М. Сравнительный анализ методов испытания материалов на усталостную трещиностойкость / Атомная энергия. 2015. Т. 118. № 1. С. 14 – 18.

25. Гольцев В. Ю., Маркочев В. М. Измерительная способность образцов для испытаний на усталостную трещиностойкость / Атомная энергия. 2015. Т. 118. № 2. С. 85 – 90.