2.3.2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ
В настоящем разделе предпринята попытка сформулировать деформационно-силовой критерий зарождения усталостного разрушения применительно к ОЦК металлам, в частности к сталям перлитного класса, основываясь на некоторых физико-механических представлениях о накоплении повреждений при усталости [74, 79, 85, 126]. Разрабатываемый подход позволит ответить на некоторые открытые вопросы в йроблеме малоцикловой усталости: материалов, в частности, касающиеся влияния на долговечность максимальных напряжений и нестационарности нагружения.
Большинство феноменологических моделей, описывающих процесс разрушения, в том числе усталостного, основываются на рассмотрении элементарного акта разрушения в бесконечно малом объеме материала [12, 38, 141, 282, 336, 349, 351]. Такой подход обязательно приводит к постулированию совпадения зон максимального повреждения и разрушения материала. При моделировании развития трещин в сплошной среде, где любой параметр НДС и повреждения относится к материальной точке, разрушение должно пройти через совокупность точек с максимальной повреждаемостью. В целом ряде случаев построенные на этой основе модели не позволяют объяснить существующие экспериментальные данные. Например, известно, что при смешанном нагружении тела с трещиной, описываемом совместным изменением фактическое увеличение скорости развития трещины при росте отношения оказывается существенно выше, чем это следует из НДС (и соответственно повреждения) в точках, через которые пройдет трещина [58]. В предельном случае при нагружении тела с трещиной только по типу II скорость роста определяется величиной максимальных деформаций, локализованных на продолжении трещины, а направление развития разрушения оказывается
перпендикулярным направлению действия максимальных напряжений, где пластические деформации относительно малы [232]
Таким образом, можно заключить, что траектории трёщин могут не проходить через точки с максимальным повреждением.
Преодоление указанных противоречий, по всей видимости, возможно при анализе процесса разрушения в конечном объеме материала (зерне) и при разделении процессов повреждений на такие три стадии, как зарождение и стабильный рост микротрещин в зерне, а также их объединение (в масштабе зерна) при нестабильном развитии. Тогда несовпадение зон максимального повреждения и развития, разрушения становится понятным, так как совсем не обязательно, чтобы зона зарождения и роста микротрещин (зерно) совпадала с поверхностью их объединения (ниже процесс разделения зон повреждения и разрушения рассмотрен подробнее):
Очевидно, что контролирующим параметром первой и второй стадий процесса повреждения (зарождение и стабильный рост микротрещин) является деформация, а третьей (нестабильное развитие микротрещин и их объединение) — максимальные нормальные напряжения. Следовательно, учет стадийности усталостного разрушения может быть, в частности, полезен при формулировке усталостного уравнения, учитывающего влияние максимальных напряжений.