ASTM E647, рост трещины da/dN и пороговое значение ΔKth
Рост трещины da/dN и пороговое значение ΔKth по ASTM E647 представляют собой характеристики механики разрушения материала, их определяют при циклическом нагружении с постоянной амплитудой.
Кривая роста трещины Диапазон I и диапазон II Видео Пороговое значение ΔKth Рост трещины da/dN Прямая Пэриса Программное обеспечение Испытательные машины Дополнительная информация
Кривая роста трещины
Рост трещины материала отражается в кривой роста трещины. Эта кривая поделена на три зоны:
- Зона I: низкая скорость роста трещины, пороговое значение ΔKth, при котором как раз начинается рост трещины
- Зона II: постоянная скорость роста трещины, математически описывается с помощью прямой Пэриса, рост усталостной трещины da/dN
- Зона III: высокая скорость роста трещины, завершается разрушением образца, критический коэффициент интенсивности напряжения K1C
Зоны I и II кривой роста трещины
Стандарт ASTM E647 для определения порогового значения ΔKth и роста усталостной трещины da/dN работает с зонами I и II кривой роста трещины. Рост трещины по ASTM E647 определяют, главным образом, у вязких материалов. При этом различают определение порогового значения ΔKth (зона I) и роста усталостной трещины da/dN (зона II).
Испытание на рост трещины по ASTM E647
Испытание на рост трещины по ASTM E647 проводится на так называемых образцах CT. Для этого используется сервогидравлическая испытательная машина HA 250 кН. Полученные характеристики: рост трещины da/dN и пороговое значение ΔKth.
Пороговое значение ΔKth (зона I) по ASTM E647
Для определения порогового значения ΔKth по ASTM E647 образец в начале испытания нагружают в области образования трещины или выше. Скорость роста трещины все больше снижается по мере того, как амплитуда нагружения все больше уменьшается. Сначала трещина растет относительно быстро, в конце испытания рост трещины все больше замедляется, пока трещина не остановится или, как минимум, пока не будет достигнута скорость роста трещины da/dN в 10-7 мм/цикл нагружения. Если эта точка достигнута, то можно определять значение ΔKth. С помощью этого метода можно определять пороговое значение ΔKth (зона I) и прямую Пэриса (зона II).
Для определения порогового значения в стандарте ASTM E647 приведено описание двух методик:
a) Испытание при постоянном соотношении напряжения R
При использовании методик с постоянным соотношением напряжения для уменьшения циклической интенсивности напряжения как максимальная, так и минимальная интенсивность напряжения снижаются.
Для предотвращения эффектов замедления вследствие уменьшения нагрузки с ростом трещины следует соответствующим образом выбрать приращения. Стандарт ASTM E647 допускает как ступенчатое, так и непрерывное снижение. При ступенчатом снижении усилия (Р) в пределах одного приращения постоянны. Это приводит к тому, что интенсивность напряжения по причине растущей трещины кратковременно растет, пока нагрузка снова не опустится. Поэтому, в соответствии со стандартом ASTM E647, высота ступени не должна превышать 10% от соответствующей более высокой нагрузки, а ширина ступени не должна быть менее 0,5 мм.
b) Испытание при постоянной максимальной интенсивности напряжения
Помимо методик, при которых соотношение R удерживается постоянным, стандарт ASTM E647 также допускает методику с постоянным максимальным коэффициентом интенсивности напряжения. При этой методике определения порога, начиная с высокого циклического коэффициента интенсивности напряжения, минимальная интенсивность напряжения непрерывно увеличивается, пока не будет достигнуто пороговое значение.
Рост трещины da/dN по ASTM E647 (зона II)
Для возможности определения стабильного роста трещины da/dN по ASTM E647 при сохранении амплитуды нагружения значения Fmax и Fmin во время всего процесса испытания удерживаются постоянными. Из-за уменьшения несущего поперечного сечения и, как следствие, роста интенсивности напряжения на пике трещины рост трещины ускоряется.
При этом исследовании можно определять общую кривую роста трещины (зона II) и прямой Пэриса. Определение порогового значения ΔKth не возможно.
Что такое прямая Пэриса?
Прямой Пэриса обозначают среднюю зону (зона II) кривой роста трещины.
Постоянный рост длины трещины за цикл нагружения (da/dN) в зависимости от циклического коэффициента интенсивности напряжения dK обозначается как кривая роста трещины. В средней зоне (зона II) кривую роста трещины можно описать математически с помощью простого закона Пэриса:
Da/dN = C*(ΔK)m
Эта зона также обозначается как прямая Пэриса, т.к. посредством стабильного роста трещины в этой зоне при логарифмическом отображении кривая обладает постоянным подъемом.
Подходящее оборудование: Программное обеспечение
Для testXpert Research существует специальная программа испытаний для определения роста трещины в зоне I и II по ASTM E647.
С помощью этой программы испытаний можно проводить как нарастание колебаний, так и определение кривой роста трещины.
С помощью различных типов нагружения можно автоматически определять такие характеристики, как пороговое значение ΔKth, рост трещины da/dN, а также прямая Пэриса.
Подходящее оборудование: испытательные машины
Для определения роста трещины предлагаются машины с различными приводными концепциями для статических испытаний, динамических испытаний и создания трещины.
Высокочастотные пульсаторы можно использовать для создания трещин и проведения испытаний по ASTM E647. Испытательная система основана на системе «пружина-масса», которая в магнитном поле начинает колебаться и, таким образом, создает динамическую нагрузку. Статическая преднагрузка прикладывается посредством встроенного электромеханического привода.
