Закономерности развития магистральных трещин в твердых полимерах при импульсном растяжении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

ПО

n г*:'i а'--1

L I ti-it

КИКЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИРЕРСИТЕТ им.Т. Г. ШЕЕЧЕНКО .

На правах рукописи

РЫЖАКОВ Андрей Николаевич

УДК 620.17:539.3

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТО МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРЕШИН В ТсЁРДЫХ ПОЛИМЕРАХ ПРИ . ИМПУЛЬСНОМ РАСТЯЖЕНИИ

Специальяость:01.02.04. - механика деформируемого

твёрдого тела

• 'АВТОРЕФЕРАТ,

диссертации на соискание учёной степени , кандидата'физико-математических наук •

Киев 1993

Робота выполнена в Ставропольском государственном утшпетхглтето и-л.^.З. Орунзе

Пау iwl руководитель -доктор *птеко-матчмгткческих наук,профессор З.И.Савченко.

Официальные оппоненты -доктор технических наук,

профессор А.А.Каминский

кандидат физико-математических

наук,доцент

Т.Ю.Кепич

Ведущая организация- Институт электросварки

им. 2.0.Патонз AII Украины

Затцтта состоится "¿S "t¡EuTs»EfrftI9S3r. в часов на заседании специализированного советь X 068.18.09 в Киевском государственном университете им!Т.Г.Шевченко по адресу:252127,Киев-127,проспект им. академика В.Глутачова.6, •'ехашгко-матенатический факультет- К1У.

С диссортацией можно ознакомиться в научной библиотека университета.

Автореферат разослан " " ftfcrvcTfi 1993г.

Ученый секретарь j \

специализированного совета '^.^З^я~г-'Ковадьчук В.Ф. .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТа

Актуальность темы. Основной причиной хрупкого разрушения элементов конструкций под воздействием импульсг х нагрузок является лавинообразный рост трещин, развивающихся из первоначальных дефектов. Наиболее опасной.с точки врения возможности начала процесса разрушения, является растягивающая нагрузка. Магматическое описание процесса инициирования и развития трещины под действием волны растяжения получено только для некоторых задач, причем лишь в идеализированной постановка, не учитывающей в должной мере реальное физическое поведение материала в области вершины трещины. Теоретические решения, полученные в рамках идеализированной модели хрупкого'рг рушения не могут объяснить : 1) наблюдаемую в эксперименте зависимость величины критического коэффициента интенсивности напряжений (КИЮ от скорости нагруже-ния; 2) особенности кинетики магистральной тресты; 3) возникновение микроразрушений перед фронтом движущейся трещины и их влияние на процесс ее развития. До .сих пор не разработан четкий критерий старта и распространения магистральной трещины при динамическом нагружешш. Поэтому, несмотря на трудности, связанные о регистрацией быстрораспространлющихся трещин и сопутствующих им полей напряжений, актуально экспериментальное исслздование процесса развития одиночной трещины, инициированной импульсным нагружением, направленное на ивучение вависимости протекания процесса разрушения от параметров импульса нагрузки; ьияблем« взаимосвязей между величинами, характеризующими процесс трещино-образования на различных его этапах. . .

Анализ экспериментальных ,,:шних даст возможность построить физически обоснованную модель процесса разрушения под действием волны растяжения и использовать ее в дальнейшем для оценки работоспособности элементов конструкций при импульсном режиме нагру-■ жения.

Цель работы состоит в изучении закономерностей развития магистральной трещины при воздействии на нее импульса растяжения. Для достижения намеченной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- разработана методика экспериментального исследования процесса страгивания и распространения магистральной трещины в твердых полимерах, инициированной импульсным растяжением с варьируемой ь широких пределах скоростью деформирования;

- исследованы взаимосвнви между параметрами, описывахадими процесс разрушения на различных его 'этапах;

- сформулирован критерий страгивания и распространения трещины;

- предложена физически обоснованная энергетическая модель развития трещины. учитывающая реальное поведение материала и полей напряжений в области фронта разрушения;

- исследованы закономерности образования микроразрушений перед вершиной трегашы.

Методика исследований. Поставленные в работе задачи решались методами высокоскоростной фотографии и фотоэлектронной регистрации в сочетании с поляризационно-оптическим методом и методом каустик. Микромеханика разрушения исследовзлась посредством фрактографического анализа поверхностей разрушения.

Исследования проводились на образцах из полиметклметакрила-та ПИИ и отвержденной эпоксидной смолы ЭД-20 МГГФА, находящихся в стеклообразном состоянии.

Научная новизна

1. Разработана методика и оригинальные устройства для экс-пс -.ментального доследования процесса страгивания и распространения трещины в твердых полимерах при симм-зтричном импульсном растяжении с варьируемыми амплитудно-временными параметрами импульса нагрузсйния.

2. Проведено экспериментальное исследование изменения коэффициента интенсивности напряжений в Еериине стационарной и распространяющейся трещины, инициированной импульсом растяжения. Установлено, что значение коэффициент^ интенсивности напряжений в данный момент времени определяется не только действующим на берега трещины растягивающим напряжением и скоростью деформации, но и всей предисторией нагружения. .

3. Для случаев стационарной и движущейся с постоянной скоростью трещины предложена модель изменения в ее вершине коэффициента интенсивности напряжений под действием симметричного импульса растяжения. Приведены оценочные расчеты.

4. Сформулирован критерий страгивания и распространения магистральной трещины.

5. Предложена методика оценки эффективной энергии, затраченной на образование поверхности разрешения. Установлено, что

з

' по мере распространения трещины величина эффективной поверхност-• ной энергии возрастает.

6. Проведено экспериментальное исследован: кинетики роста трещины Шлучены данные.свидетельствующие об определяющей зависимости средней скорости трещины от скорости стока энергии в ее вершину. Установлено, что средняя скорость трещины не зависит от величины наблюдаемого КИК

7. Предложена физически обоснованная энергетическая модель распространения одиночной магистральной трещины, учитывающая реальное поведение материала и полей напряжений в области фронта разрушения.

8. Проведено фрактогр 'даеское исследование поверхности разрушения, образующейся при распространении трещины инициированной импульсным растяжением. Установлено наличие осцилляций удельной плотности раскрывшихся микродефектсв. Выявлена их ко-релляция с изменением ускорения магистральной трещина Получены экспериментальные факты, свидетельствующие об идентичности механизмов протекания "ооцесса разрушения на микрои макроуровнях.

Практическая ценность. Разработанные методика экспериментального исследования процесса распространения в твердых полимерах трещины, инициированной импульсным растяжением с Еарьируемы-ми амплитудой и скоростью деформации, и устройство для инициирования и наблюдения трещин позволяют исследовать зависимость величин, характеризующих процесс страгивания и распространения магистральной трещины от амплитудно-временных параметров импульса растяжения. Сопоставление и анализ полученных экспериментальных данных позволяет строить физич^ки обоснованную модель процесса трещинооборазования.

На основе полученных экспериментальных данных развиты теоретические представления о формировании зоны перенапряжений в области вершины стационарной и движущейся с постоянной скоростью ■трещины, исследование которых позволяет: 1) оценить с достаточной точностью в произвольный момент времени величину коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины при воздействии на нее импульса растяжения произвольной формы; 2) определить момент страгивания трещины -. 3) оценить затраты энергии ка образование _ поверхности разрушения при ыкшальком ксподгсгакта средств ' ЭВМ; .4) прогнозировать разрушение материалов при воздействии на

них кратковременных интенсивных нагрузок.

Диссег—гционная работа выполнена в Проблемной научно-исследовательской лаборатории динамических процессов Симферопольского госуниверситета.

Выводы настоящей работы могут бьггь использованы в организациях. занимающихся изучением динамической прочности и разрушен*« материалов под воздействием кратковременных интенсивных нагрузок.

Достоверность полученных результатов экспериментальных подтверждается сопоставлением их с данными других авторов, результатами численных расчетов методом конечных элементов, выполненными в Проблемной лаборатории СГУ.

Достоверность развитых в работе теоретических представлений подтверждается хорошим соответствием полученных на их основе рценок величин коэффициента интенсивности напряжений и удельной эффективной поверхностной энергии с имеющимися экспериментальными данными.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на всесозно.1 научной школе по динамическим процессам в г;.,л1ых породах <Симферополь. 1987-1990 г. г. ). на III Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (г.Киев, 1990г.), на Международной конференции "Сварные конструкции" (г. Киев, 1990г.), на семинаре "Проблеш механики" под руководством член-корреспондента АН Украины УлиткоА.Т.(Киев,1993 г.), на научных семинарах кафедры прикладной математики и Проблемной научно-исследовательской лаборатории СГУ им. М. Б. Фрунзе.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 12.& страниц машинописного текста, 52. рисунка на ЬЬ страницах .^таблицы и список литературы из наименований наВстра-ницах.

На защиту выносятся следуощие основные положения: 1. Методика исследования процесса распрострнения трешины в твердых полимерах при импульсном растяжении, использующая новые устройства для инициирования и наблюдения трещин и установку, для регистрации амплитудно-временных параметров инициирующего трещи-

й

ну иг/пульса растяжения. ~

2. Результаты экспериментального исследования нрпряжённого состояния вблизи Еершины стационарной и движущ^.¡ся трещины,нагружаемой различными по форме и длительности импульсами растяжения. Экспериментально показано,что мгновенное значение

,коэффициента интенсивности напряжений определяется скоростью деформации и формой инициирующего импульса,то есть всей предисторией нагружения.

3. Энергетическая модель формирования 30ны перенапряжения б области вершины стационарной и движущейся с постоянной скоростью трещины при воздействии на неё симметричного импульса растяжения.

4. Критерий страгивания и распространения трещины.

5. Методика оценки удельной эффекта1-мой поверхностной энергии при динамическом разрушении.

6. Результаты экспериментального'исследования кинетики роста

, трещины.Установлено влияние .изменения скорости деформации в импульсе нагружения на среднюю скорость распространения трещины.

7. Результаты фрактографического исследования поверхности разрушения. Установлено, наличие ооцилляций поверхностной плотности микротрещин,выявлена их корелляция с изменением ускоре-

_ ния магистральной трещины.Обнаружена зависимость динамической микропрочности сплошного материала от скорости нагружения.

КРАТКОЕ СОДЫ. ЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении' показана актуальность темы диссертации,сформулирована цель и задачи исследования.Кратко изложено содержание диссертации и сформулированы основные положения,выносящиеся на защиту.

Первая глава содержит обзор литературы по взаимодействию еолн напряжений со стационарной трешиной и динамическому разрушению .Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований полей напряжений,формирующихся в области Еершины стационарной трещинк при воздействии на неё импульсного нагру-. жения-различного характера.Рассмотрен круг задач о распространении магистральной трещины,инициированной как статическим, та к 'и'динамическим погружением.Рассмотрены лазличные концепции и

'¿-¡/-лег

критерии разру шения .-Обсуждено влияние энергоснабжения трещины и энергетических потерь на ограничение предельной скорости её роста.Приведены результаты исследований взаимосвязи величин .характеризующих процесс трешиноог>разования: текущего и критического значения коэффициента интенсивности напряжений,скорости трещины .шфаметроь импульса нагружения. Изложены методики и результаты (}рактогрзс[Ических исследований поверхности разрушения твёрдых полимеров.

Б результате анализа литературы сделаны еыеоды,характеризующие современное состояние динамической механики пазруиения:

I.Основным объектом её рассмотрения е рамках. ндеализирован-'ной подели хрупкого разрушения является оазЕитие прямолинейной трешини в упругой плоскости.Гри воздействия на трешину еолны нагрузки I- её ветчине воз.никают голя напряжений .при асимптотическом описании которых используются коэофиииенты интенсивности кап ряжений. Процесс разрушения ¡предполагается происходящим непосредственно е саиой вершине треишны.Расход энергии на образование ноеой поверхности полагается константой для данного ма-. териала,однозначно связанной с критическим значением коэффици-.¡1-, а интенсивности напряжений.На осноге последнего допущения выводятся критерии старта-,остановки и распространения трещины.

2.Результаты 'олшинстеэ теоретических исследований по дина-пике разруиеьия имеют ограниченную область применимости из-за идеализированной постаноЕки задач.елочной борми записи полученных' выражений .требующих применения ЭНЛ для проведения расчётоЕ.

3.Разнообразна фактические дакнке по тэ&спро стране нию трещины далеко не всегда соответстЕугт следствиям из идеолизигюьанноЕ модели:проявляется неоднозначность еыеодое ряда работ относительно критериев старта и останоеки трещины;не всегда годтрержда-етоя однозначное соответствие лижду скоростью трещины и коэс^ фициентом интенсивности напрякений;не исследоЕано с достаточной полнотой влияние зоны предразрушения на характер движения магистральной трещины.

Для преодоления выявленных противоречий осо'ое значение могут иметь смешанные экспериментально-аналитические подходы,в которых критерии разрушения и взаимосвязи между параметрами, описывающими процесс динамического разрушения,выводятся из анализа экспериментальных данных.Полученные выеодо могут быть использованы для уточнения идеализированной модели хрупкого раз-

; 7

рушения,совершенствования аналитических и численных методов . анализа процесса трещинообразования при динамическом нагружении

Во второй глава рассматриваются вопроси р; паботки мэтодики экспериментального исследования процесса динамического разруше-' яия.Обоснован выбор метода инициирования трещины ( воздействие на неё плоской симметричной волны растяжения).который позволяет создавать в образце поле напряжений,достаточное для- начала процесса разрушения без предварительного статического нагружения; измерять амплитудно-временные параметры импульса натру.гения воздействующего на трещину¡регистрировать процесс трещинообразования от начала действия нагрузки на трещину до полного разрушения образца.

Обоснован выбор формы и размеров образцов,обеспечивающий . устранение влияния отражённых от границ образна волн напряжений на процесс разрушения.

Разработаны деэ типа нагрузочных устройств для динамического инициирования трещины,которце.используя электромагнитное взаимодействие проводников с током и ЕзрыЕ линейного заряда РЗ, генерируют в образа плоскую симметричную волну растяжения, .распространяющуюся от граней образца к его центру .Разработана методика,позеоллгщая ЕарьироЕать в широких пределах адллктуду и скорость деформирования в импульсе нагрузки.

Рассмотрены преимущества и недостатки высокоскоростной фотографии и фотоэлектронной регистрации в сочетании с поляриза-ционно-оптическим методом и методом каустик в сравнении с другими способами исследования динамики трещин.Описаны методики определения динамического коэффициента интенсивности напряжений,скорости трещины и амплитудно-временных характеристик импульса нагружения по экспериментальным данным.полученным вышеперечисленными методами. • ......

Приведены методики и результаты определения динамических "механических и оптико-механических свойств материалов ГО.МА и ЭД-20МТГ4А;'4

В третьей глава изложены результаты экспериментального исследования динамического разрушения,инициированного плоской оимметричной волной растяжения,проведено юс обсуждение.разработана энергетическая модель формирования зоны перенапряжения в области вершины стационарной и движущейся трещины,предложен критерий старта л распространения трещины.

По разработанной методике" црове^ны эксперименты по разрушению образцов при различных амплитудно-временных параметрах импульса нап узки.Получены зависимости от времени Т:коэффициента интенсивности напряжений-К,(г)напряжения в нагружающем импуль-се-6"(т);длины трещины- С С);плотности микротрещин в единице площади поверхности разрушения- ПША- и(Т) (рис.1),

В соответствии с характером изменения во Бремени величин Кт СГ , I , и. .выделены три осноеных этапа процесса разрушения:

1.Взаимодействие волны растяжения со стационарной трещиной (Т*"^)

2.Страгивание трещины^е* Т'^р.распространение магистральной трещины (Т >^Дрис.I) ' .

Б течении первого этапа происходит формирование зоны перенапряжения в вершине стационарной трещины.Из характера зависимостей Кт«К-(т)и *С"(т)устпновлено,что на первом этапе изменение .во времени величины К^Т) отражает все временные особенности импульса С(Т).получены зависимости Кх « К](&)(рис.^.Установлено, что их нелинейный харзктер детерменирс !ан резкими изменениями скорости деформирования ь импульсе нагружения.Причиной этому могут быть инерционные эффекты,проявляющиеся при формировании зоны перенапряжения,связанные о тем, что при полученных в эксперименте скоростях лгружения Еремя обмена информацией между Ее-ршинами трещины нельзя считать бесконечно малым.На основе полученных экспериментальных данных.разработана энергетическая модель формирования зоны перенапряжения в области вершины стационарной трещины. Моде ль базируется на следующих допущениях:

I.Деформация образца с трещиной при его динамическом нагру-жении осуществляется в соответствии ■■ представлениями линейной механики разрушения.

2.Зона перенапряжения в области вершины трещины формируется за счёт энергии волны растяжения,падающей на свободную поверхность трещины со скоростью продольной волны С|. и стекающей затем в её вершину со скоростью еолнк Рэлея С^.

- 3.Характерный размер зоны перенапряжения ъ плоскости образца К.*Я(т]по мере сброса энергии со свободных поверхностей трешны увеличивается прямо пропорционально Т с некоторой скоростью с?» .равной по порядку величины скорости распространения упругих волн в материале образна: Я. * .

4.Сьязь меялу энергией бст(т),переданной в зону псренапрате-нид и коэффициентом интенсивности напряжений принимается е Еиде:

<5ст(т) = Л|-к|(т)с,1Т (1)

Для того,чтобы в рамках данной модели исследовать формирование зоныперенапрДжений при воздействии на трещину симметричного импульса растяжения произвольной формы,предложено апроксинировать графическую зависимость <э"»6"(Т) ломаной линией.

Основу оценочного расчёта составляет вычисление энергии Е«(т) сброшенной в вершину трещины с её берегов к моменту времени Т при заданной скорости нарастаная нагрузки.Поскольку энергия,содержащаяся е единице объёма образца при воздействии на него, импульса растяжения <?(Т) определяется как:

^^ = д*(Т)4«а*с,«1Т (а)

то величина <£<.т может быть определена интегрированием (а) по времени и длине трещины.Пределы интегрирования находятся из анализа оизшй! стока энергии.Подставляя выражение для£сг(т)в (1) можно получить формулы, для нахождения коэффициента интенсг. лости напряжений.Б случае импульса нагружения в виде дьузвенной ломаной они имеют вид( рмс. 2>) :

т< ^ ; к-дт) = чсо^Д

Ла

Ь. < т < т, ; кк-р), ЧСО®-. ^Н^-Х*]} т-т, ; Кт(т) = ч(<0-+ ёг,-

ст-т.г-

X. - Т - 4<±к *'

.где -неффициент Пуассона;И-кодуль Гнга; <1 -толщина образца; <3"| -скорость нарастания н;.'пряхе пи;": в импульсе нагрузки при Т<Т1 <5г -при Т > Т^ .Константа А находилась из условия наилучшего соответствия оценочного .расчёта данным экспэта.;ента:.глл ЗЛ-ЗО

А =г Ь-10"4.

Зависимости К_«К£г1расчитанкие го фсрмулг;.: (Л) для наблгда-емых в экспеипмзнтз завискмсстзйЗ'*бО},совпадает с з'хпер:г.:ента-льно получзннш/и значениями Кт(т) и с результате-ми численного

расчёта методом конечных элементов с использованием -интеграла с относительной погрешностью, в среднем не Еыше 10$.Это доказывает правильность предложенной модели формирования зоны пере-напряжения.Кз анализа энергетической модели следует,что механический смысл коэффициента интенсивности напряжений состоит в том,что его квадрат пропорционален средней плотности энергии, сконцентрированной в зоне перенапряжения,и никак не связан с работой по приращению длины трещины.

Экспериментально установлено,что при Т «ЧГ4 начинается уменьшение скорости нарастания коэффициента интенсивности напряжений Кт(т)при продолжающемся увеличении скорости деформации что говорит о расходовании части поступающей в Еершшу трещины энергии на образование поверхности разрушения.Таким образом, начало „торого этапа процесса разрушения идентифицировано с г. • уменьшением скорости нарастания коэффициента интенсивности напряжений в момент времени Т»тй ,при этом величины К^(т) и <?(т) достигают своих критических значений КхС4^)" и б"^)3 бс-Б результате экспериментов выполненных на образцах из ЭД-20 получены зависимости критических параметров Ктс , б'е. ^¿от эфф.ек-тивной скорости деформации б = £ 21 ^¡^Д^е^где 1-1 индекс относится к узлам апроксимирующзй е(т)ломакой линии рис.5.Из при- • веденных зависимостей следует,что при динамическом нагружении К1с , , являются функциями процесса и не являются кон- . стантами материала.Следовательно,ни одна из этих Ееличин не может служить критзрием стрггдьлщя трещины.Экспершентально ус-танонлено.что единственной величиной,постоянной для данного материала, является :

; , А (4)

г.оторая, согласно имеет физический смысл энергии, пере данной в область Еерпины трещины к моменту начала её подрастания.Таким образом,величина С^.'.окет быть принята за критерий стра-

гивает трещины.Для ЭД-ЯЗМТГйА бсТ^ *,5'1а"4А>к.

Цз найденного критерия страгивания.следует однозначный вывод о возрастании К; и <3*,. с ростом скорости нагрукения.так

КР

как из условия постоянства £ ¿^ следует уменьшение чс с рос-.тси 6" (поток энергии в вершину трещины возрастает),а уменьшение величины % приводит,согласно (1) ,к увеличению Ктс -Таким' образом,из следует вывод об уменьшении времени жизни наг-

руженных связей в области Еершины трешияы при увеличении интенсивности растягивающих усилий,что совпадает с основным выводом термофлуктуационной теории.

Обсуждены границы применимости разработанной методики.Показано, что из зависимостей энергетической модели и критерия старта трещины может быть получено выражение вида ¿ст=4вп^

„ I ^'

ставящее в соответствие каждой длине, трещины и, некоторую скорость деформации йстпри которой динамические эффекты не-оказывают влияния на величины критических параметров и для их нахождения можно использовать статические зависимости.

На осноье выдвинутого энергетического критерия разрушения дано-качественное объяснение поведения К^Т^в верпине двккущей-ся магистральной трещины.На осноЕе анализа зависимости К£(«гст<

и сопоставления её с данными по кинетике распространения трещины.показано,что на данном .временном промел!утке,благодаря увеличившейся скорости трещины,еся вновь поступающая . её вершку энергия идёт на образование свободной поверхности,а снижение К^(т)обьясняется уменьшением плотности ранее сброшенной в вершину трещины энергии в соответствии с ( 1).Установлено, при распространении трещины выполняется соотношение ^яЛ»

что позволяет считать (4) критерием не только страгиЕания.но и распространения трещины.Дальнейший рост значений К^(т)прп Т'ЯГ^ говорит о' возрастании потока энергии в Еершину трещины настолько ,что вся поступающая энергия не успегает реализоЕЫваться непосредственно на ф.ронтз разрушения,е результате чего создаются у слое ия для образования зоны предргзрушения.

Разработана энергетическая :<:од;ль формирования зоны перенапряжения в области Есршины .трещины,движущейся с постоянной скоростью V(рис.З^При этом,кроме допущений 1-3 делается ещё к следующее:

4.Область перенапряжения движется Еместс с вершиной трещины и сеязь Кт(т)с £ст(Т) сохраняется в Еиде (О .

Полагая,что переданная е область вершины трещины энергия находится в зоне перенапряжения можно получить следующее :-ра-жение:

К1т(т)« {-к^Ст«^"-) +

+ - ¿-ДО- т,)4-4(* - +

+ ¿-а((ёгТ + Т4(Л- + V(¿г<ССТР + Т.Сег.-б-О)-

- + тА<л- К)У))]} /г; ¿ - у(т - ) ; <5)

Ф(т) = т- т - й(т) -- «с«,..- ^

результаты вычисления К|^Г)ло формуле (5) приведены на рис. 4 . Разность между квадратами вычисленного и экспериментально зарегистрированного значений коэффициентов интенсивности напряжений пропорциональна энергии' затраченной на расппостранение трещины к моменту времени Т.Затраты на процесс трешинообразования количественно выражает величина удельной эффективной поверхностной • энергии (рис. ;

* , Ас;* -К.1,)- Т\ (*1т1 - кДр)

УЕ , -41 4 '

Результаты расчётов показыЕагт общую тенденцию к увеличению У><$> со временем,что объясняется увеличением количества микродефектов,развивающихся в зоне предразрушения.а так же ростом динамических потерь при увеличении скорости распространения трещины.Вычисленные значения ^ лежат в пределах: 5-Ю \ 1.5-0.Аб Проведено обсуждение экспериментальных данных,касающихся кинетики распространения магистральной трешины и развития минро-дефйктов перед её фронтом .Выявлен скачкообреэшй характер развития трещины при импульсном растяжении,заключающийся в чередо- ■ вании состояния покоя и движения её вершины со скопостт.ю не превышавшей Сц .В исследуемых материалах длительность скачков •составляет 1-3 ыкс;а продолжительность остановки 0,5-2 мкс.Методом наименьших КЕ' аратов для каждого эксперимента была найдена "средняя по скачкам" скорость трещины V .которая в процессе развития трещины изменялась е гределах Р80-500 м/о.Экспериментально установлено,что е образцах из ЗД-20МПМ увеличение V происходит скачком в момент резкого увеличения 8. в нагружающем импульсе;средняя скорость трешины,распространяющейся е ПША изменяется непрерывно,а при аналогично.'.: изменении С. происходит увеличение V (рис.6,4).Анализ полученных данных приводит к заключению об определяющей завысили, ли V от скорости поступления энергии ь ьергану трешины вст,а не от величины . Отличив в кинетике распространений трешины е обиозпах из ЭД-20 ц ПЫМА объясняется различной степенью дефектности этих материа-

лов на микроуровне и,как следствие,различными возможностями в поглощении энергии,поступающей в вершину трещины.

На образцах из ПЫМА проведено фрактографяческое исследование поверхности разрушения.Установлено наличие осшишший поверхностной плотности микротрещин,выявлена их зависимость от изменения ускорения магистральной трзщинн ( рис Д).Уменьшение плотности микротрещин объясняется тем,что сразу после ускорения магистральной трещины большая часть поступающей энергии оеапиауется непосредственно в её вершине ¿'Определены, значения критического разрывного напряжения б^. ,при которых происходит раскрытие микротрещин из микродефектов,находящихся на различных расстояниях

Л*

Г" от дронта исходной трешины.Выявлено уменьшение при увеличении Г .Поскольку имеет место уменьшение скорости роста нагрузки на месте возникновения микродефекта при увеличении Г* , то это означает,что,как и в случае магистральной трешины,критическое разрывное напряжение для микродефекта уменьшается с уменьшением скорости нарастания деформации е инициирующем его импульсе нагружения .Последнее указывает на идентичность протекания процессов разрушения на микро- и макроуровнях.

В заключении сформулированы основные результаты работа.

основные результаты и ьыъода

1.Разработана методика исследования процесса распространения трещин,инициированных плоской симметрично;! волной растяжения,с варьируемой в широких пределах скоростью нагружзнил.

2.Разработаны новые устройства для инициирования и наблюдения трещин.

3.Разработана методика регистрации амплитудно-временных параметров импульса растяжения,воздействуицего на берега трещины.

4.ПроЕедено экспериментальное исследование изменения коэффициента интенсивности напряжений в вершине стационарной и распро-- ■ страняющейся трещины'.инициированной импульсным растяжением.Установлена определявшая-" зависимость коэффициента интенсивности напряжений от скорости деформации и формы нагружающего импульса. Предложено качественное объяснение характера напряжённого состояния, в области вершины трещины после её страгиЕанил.

5.Разработана энергетическая модель формирования зоны перенапряжения в области вершины стационарной и распространяющейся с

постоянной скоростью трещины,инициированной импульсным растяжением. По лучены выражения для оценки величины концентрации энергии.и коэффициента интенсивности напряжений.Обсуждены границы применимости предложенной модели.

6. формулирован критерий страгиЕания и распоостранения трещины.Показвно,что результаты полученные с его помощью могут быть интерпретированы в рамках термофлуктуанионной теории Еуркова-Еартеньева.

7.Предложена методика оценки удельной эффективной поверхностной энергии при динамическом разрушении.

£.Проведено экспериментальное исследование кинетики роста трещлнь; .Установлено Елиякпе изменения скорости деформации в им-• 'пульсе ..астяаекид на среднюю скорость распространения трещины.

Р.Проведен фрактографический анализ поверхностей разрушения. Еыяьлека корелляцил осцилляции удельной поверхностной плотности микротрещин с изменением ускорения магистральной трещины.Установлена идентичность протекания процессов разрушения на микро-и макроуровнях.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1.Рыжаков А.Н. .Ульянов И.В. "Исследование динамики разрушения, горных дород.-Р кн.:Тезисы докладов ? Рсесоюзной научной школы • "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические ЯЕления в горных породах и Еыработках".-Симферополь,1587г. с.137. •

2.КостандоЕ Р.А..Рыжаков А.Н. Слияние коллинеарных трещин. Б кн.:Тезисы докладов 7 Всесоюзной научной школы "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления Е горных породах и рыработках".-Симферополь,1990г.,с.175.

3.Костандо; Ю.А..Рыжйкое А.Н. Слияние Д?ух трещин при динамическом нагружен::::.-Б кн.:Тезисы докладов 3 Всесоюзной конференции по механике разрушения. т.1."Трещикостойкость материалов и элементов конструкций".-КиеЕ:Ин-т проблем прочности АН УССР, 1990г.,с.109-110. . ^

• 4.КостандоЕ Г.А. .РыжакоЕ А.К. Динамический разрыв перемычки" ме.тду трещинами.-В кн.-.Тезисы докладов международной конференции "СЕарнке конструкции".-Киев,1990г. ,с.»_„3. •

о.КсстандоЕ Г.А..Седоркян С.И. .Рыжаноь А.Н. Разрушение'твёрдых лолимероЕ при импульсном растяжении.-Проблемы прочности, 199 . ,."7, с. 1-4-17.

1 Та. Та ^в. ^«да Чг\ Т3 I

Рис.1.Временные зависимости параметров .описывающих процесс разрушения.

О б-(т2) б-(Тз) <Сс ССТр &

.Рис.2.3авискмость I ' I от напряжений в импульсе растяжения.

.Рис.3. Схема формирования зоны перенапряжения.

0,& 0,4

МПа-п1, 1

Кхт! 7 1 / 1 /

/

/р\ 1 Г

V/ — К

и 11

I J =ГШИг МЕЧТ

6РГЕТ ПоА» мчее* (>Ь

- Чиклемн РАЙЧЁТ ЫИ МК?

• т пкс

50 60 <сс т^ ¿0

400 150

Рис.4. Нарастание КИН в варшина Рис.5. Зависимость критичвс-трещины. ких параметров от эффективной скорости ' , нагрудения. в" ГЛПа/с х\Ол_У'Ц .

&

11

А 20 МТГ ФА

—*

/

1 (

Г и «

—Г

Г '

1

—1 1

420

380

340

300

НО« ж ю6 1 ' V н/й

•

А

( *

7 У" 280

пмг 1А 240

йп> ■

40 Ркс.е

па

86 Т мкд

Т мкс

69 43 Рис.7.

Зависимость средней скорости'трещины и параметра зоны првд-разру иежя от скорости нагружения.