Criteria of Crack Resistance of Nonlinear Fracture Mechanics of Structural Elements

Abstract

Практика эксплуатации ответственных конструкций в экстремальных условиях показывает, что их несущие элементы разрушаются в результате образования и постепенного развития магистральных трещин. Такие разрушения происходят при номинальных напряжениях ниже предела текучести материала, поэтому не могут в полной мере оцениваться только на основе классических теорий прочности. В связи с этим для оценки трещиностойкости материалов и элементов конструкций предложен ряд критериев: силовые (коэффициент интенсивности напряжений Дж. Ирвина; коэффициент сцепления Г. И. Беренблатта); деформационные (размер пластической области на продолжении трещины Г. Нейбера; раскрытие берегов трещины М. Я. Леонова и В. В. Панасюка; Д. Дагдейла), которые получены в предположении линейной механики деформирования. Энергетические критерии (плотность энергии натяжения берегов трещины А. Гриффитса; независимые от контура упругопластического деформирования интегралы Г. П. Черепанова и Дж. Райса) труднореализуемы, поэтому не получили широкого практического использования. В связи с этим в данной работе в результате развития ранее полученных автором решений для расчета местных напряжений, упругопластических деформаций и удельных энергий вблизи вершины трещины предложены энергетические (коэффициенты интенсивности энергии формы) и силовые (коэффициенты интенсивности девиаторных напряжений) критерии разрушения нелинейной механики деформирования для трещин нормального отрыва и несимметричного сдвига. В предположении местного упругого деформирования результаты работы согласуются с указанными выше энергетическими критериями. При местном упругопластическом деформировании получен новый физически обоснованный результат. Достоверность и обоснованность предлагаемых критериев подтверждается использованием наиболее экспериментально обоснованного физического критерия прочности - удельной энергии изменения формы с учетом располагаемой пластичности материала и энергетического состояния при предельном пластическом деформировании. Результаты работы использованы для экспериментальной оценки трещиностойкости вала при изгибе с вращением.