Локальный подход к анализу хрупкого разрушения и его физическая интерпретация

Abstract

Дан обзор исследований по разработке локального подхода к описанию хрупкого разрушения металлов и сплавов. Показано, что разработка статистического критерия локального разрушения металла в окрестности концентратора напряжений является ключевой проблемой локального подхода. Обоснована возможность описания процесса хрупкого (квазихруп- кого) разрушения металла перед надрезом исходя из "первых принципов”, т.е. из анализа процессов образования и катастрофического роста зародышевых трещин. Установлены физические эффекты, которые должны учитываться при разработке локального критерия разрушения. Рассмотрены основные факторы, определяющие размер "process zone”, и установлена его зависимость от величины относительного градиента интенсивности локальных пластических деформаций. Проанализирована правомерность применения распределения Вейбулла для описания квазихрупкого разрушения металлов. Показано, что параметры Вейбулла не являются константами материала как это постулируется в общепринятом варианте локального подхода. Их значения зависят от локальной пластической деформации и напряженного состояния металла в окрестности концентратора.

Дано огляд досліджень з розробки локального підходу до опису крихкого руйнування металів і сплавів. Показано, що розробка статистичного критерію локального руйнування металу в околиці концентратора напружень є ключовою проблемою локального підходу. Обгрунтовано можливість опису процесу крихкого (квазіхруп- кого) руйнування металу перед надрізом виходячи з "перших принципів", тобто з аналізу процесів утворення і катастрофічного зростання зародкових тріщин. Встановлено фізичні ефекти, які повинні враховуватися при розробці локального критерію руйнування. Розглянуто основні фактори, що визначають розмір "process zone", і встановлено його залежність від величини відносного градієнта інтенсивності локальних пластичних деформацій. Проаналізовано правомірність застосування розподілу Вейбулла для опису квазікрихкого руйнування металів. Показано, що параметри Вейбулла не є константами матеріалу, як це постулюється в загальноприйнятому варіанті локального підходу. Їх значення залежать від локальної пластичної деформації і напруженого стану металу в околиці концентратора.

Attempts at developing local approach to the description of quasibrittle fracture of metals and alloys have been surveyed. Development of the statistical criterion of local fracture for metal in the vicinity of a stress riser is shown to be the key problem within the framework of this approach. The possibility is substantiated to describe the process of brittle (quasibrittle) fracture of metal in front of the notch by “first principles,” i.e., by the analysis of initiation and catastrophic growth of incipient cracks. Physical effects have been defined to take into account when developing the local criterion of fracture. In studying the main factors affecting the size of “process zone,” its dependence on the relative gradient of the intensity of local plastic strains has been obtained. The validity of using Weibull distribution for the description of local fracture of metals has been analyzed. Weibull parameters weren’t shown to be material constant as is conventionally postulated by the approach. Their values depend on the local plastic strain and metal stress near the stress riser.