Глава 4. РАЗРУШЕНИЕ ТЕЛ С ТРЕЩИНАМИ: МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ НАГРУЖЕНИЯ

В настоящее время для расчета прочности и долговечности конструкций с трещинами используется механика разрушения. Процедура такого расчета заключается в следующем. На первом этапе определяются те или иные параметры механики разрушения (например, коэффициент интенсивности напряжений, или -интеграл, интенсивность высвобождения упругой энергии), зависящие от характера и уровня нагружения, а также от длины трещины. Далее на основании экспериментальных данных по сопротивлению росту трещин, представленных в терминах указанных параметров, определяется долговечность или прочность элемента конструкции.

Основная концепция механики разрушения базируется на предположении об идентичности поведения трещины в образце и элементе конструкции при одинаковых параметрах механики разрушения. Такое предположение имеет весьма существенное основание. Дело в том, что параметры механики разрушения однозначно определяют НДС у вершины трещины. Поэтому если при определенном значении параметра разрушился образец, то при идентичном параметре, а следовательно, и при идентичном НДС должен разрушиться элемент конструкции независимо от механизма разрушения. В изложенном допускается лишь одно положение, действующее во всей механике деформируемого твердого тела: НДС однозначно контролирует процесс разрушения материала.

Таким образом, параметры механики разрушения в общем представляют собой коэффициенты подобия, и преимущество ее использования как раз и состоит в том, что, определив коэффициенты подобия полей напряжений и деформаций, без рассмотрения и детального описания тонких процессов деформирования и разрушения материала у вершины трещины, можно прогнозировать развитие макроразрушения. Отказ от анализа процессов разрушения у вершины трещины привел к необходимости экспериментального получения большого количества эмпирических зависимостей, так как подобие НДС можно было обеспечить при весьма узком диапазоне изменения уровня и характера нагружения. Но это приемлемо только при оценке относительно просто нагружаемых конструкций, в случае же ответственных высоконагруженных конструкций прямое использование механики разрушения может не дать достаточно надежных результатов, что заставляет вернуться к подробному

анализу процессов разрушения материала у вершины трещины при различных видах нагружения. Однако это отнюдь не является отказом от достижений механики разрушения, наоборот, использование возможностей механики разрушения по определению НДС у вершины трещины в сочетании с локальными критериями разрушения, сформулированными в предыдущих главах, может дать весьма продуктивный анализ прочности и долговечности элементов конструкций с трещинами при сложном нагружении.

В настоящей главе будут кратко проанализированы существующие подходы механики разрушения к оценке трещиностойкости металла при статическом, динамическом и циклическом нагружениях; выявлены проблемы, возникающие при таких подходах, и предложены альтернативные методы решения указанных задач, базирующиеся на использовании локальных критериев разрушения. Кроме того, будут изложены разработанные методы расчета параметров механики разрушения в сложных по геометрии и нагружению элементах конструкций.