Файл: Механика деформируемого твердого тела.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.04.2021

Просмотров: 938

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

Критерий

 

Гриффитса

„

Для

 

трещины

 

в

 

условиях

 

случае

 

антиплоского

 (

поперечного

сдвига

 

силовой

 

критерий

 

выглядит

 

так

:               , 

где

       –

феноменологический

 

параметр

 

материала

измеряемый

 

экспериментально

который

 

можно

 

найти

 

по

 

справочникам

 

физических

 

Н

IIIc

III

K

K

=

IIIc

K

величин

Недостаток

 

силового

 

критерия

 

состоит

 

в

 

том

что

 

он

 

не

 

распространяется

 

на

 

более

 

общий

 

случай

когда

 

нагружение

 

представляет

 

собой

 

комбинацию

 

растяжения

 

и

 

одного

 

из

 

двух

 

или

 

двух

 

сдвигов

 (

продольного

 

и

 

поперечного

). 

В

 

связи

 

с

 

этим

 

на

 

практике

 

используется

 

так

 

называемый

 

энергетический

 

критерий

 

Гриффитса

Гриффитса

.

„

Гриффитс

 

выдвинул

 

гипотезу

 

о

 

том

что

 

на

 

образование

 

новой

 

свободной

 

поверхности

 

при

 

росте

 

трещины

 

затрачивается

 

энергия

пропорциональная

 

площади

 

этой

 

поверхности

Коэффициент

 

пропорциональности

имеющий

 

смысл

 

удельной

 

энергии необходимой для образования

1

м

обычно обозначается через

Так как

2

энергии

необходимой

 

для

 

образования

 1

м

обычно

 

обозначается

 

через

Так

 

как

 

в

 

линейной

 

механике

 

разрушения

 

диссипативными

 

факторами

 

пренебрегают

то

 

затрачиваемая

 

на

 

рост

 

трещины

 

энергия

 

в

 

точности

 

равна

 

упругой

 

энергии

освобождающейся

 

с

 

увеличением

 

ее

 

размеров

Критерий Гриффитса в плоской задаче можно сформулировать в одной из

γ

„

Критерий

 

Гриффитса

 

в

 

плоской

 

задаче

 

можно

 

сформулировать

 

в

 

одной

 

из

 

следующих

 

форм

или

  

где

       –

упругая

 

энергия

зависящая

 

от

 

длины

 

трещины

Знак

 “

минус

” 

в

 

этом

 

c

U

Δ

=

Δ

γ

4

,

4

γ

=

c

U

W

критерии

 

фигурирует

 

потому

что

 

с

 

ростом

 

трещины

 

энергия

 

убывает

а

 

коэффициент

  

объясняется

 

тем

что

 

общая

 

площадь

 

новой

 

свободной

 

поверхности

учитывая

 

симметрию

 

задачи

равна

       .

c

Δ

4


background image

Инвариантный

 J 

интеграл

 

„

Обобщение

 

энергетического

 

критерия

 

хрупкого

 

разрушения

 

на

 

пластические

 

материалы

 

строится

 

с

 

помощью

 

специального

 

интеграла

который

 

впервые

 

был

 

предложен

 

Ч

Р й

Черепановым

 

и

 

Райсом

.

„

Интеграл

 

берется

 

по

 

криволинейному

 

контуру

 

без

 

самопересечений

окружающему

 

вершину

 

трещины

Концы

 

контура

 

должны

 

лежать

 

на

 

противоположных

 

берегах

 

Контур

 

интегрирования

 

трещины

⎟⎟

⎜⎜

=

y

n

x

n

ds

x

u

Y

x

u

X

Wdy

J

ƒ

Интеграл

 

вычисляется

 

через

 

заданное

 

поле

 

напряжений

 

и

 

перемещений

:

L

x

x

где

                                           –

потенциал

 

линейной

 

теории

 

упругости

 

в

 

плоской

 

задаче

,  

и

                          –

проекции

 

вектора

 

напряжений

действующего

 

на

 

площадке

 

с

 

нормалью

   .

xy

xy

y

y

x

x

W

γ

τ

ε

σ

ε

σ

+

+

=

2

y

xy

x

x

n

n

n

X

τ

σ

+

=

y

y

x

xy

n

n

n

Y

σ

τ

+

=

n

A

y

x

y

x

d

u

u

d

u

u

W

J

р

„

J–

интеграл

 

представим

 

в

 

виде

:

„

Важнейшее

 

свойство

 J–

интеграла

 

заключается

 

в

 

его

 

инвариантности

то

 

есть

 

независимости

 

от

 

пути

 

интегрирования

Это

 

свойство

 

выполняется

 

потому

что

 

б й

й

фф

⎟⎟

⎜⎜

+

+

⎟⎟

⎜⎜

=

A

y

y

x

xy

y

xy

x

x

I

dx

x

x

dy

x

x

W

J

σ

τ

τ

σ

выражение

 

под

 

знаком

 

интеграла

 

представляет

 

собой

 

полный

 

дифференциал


background image

Критерий

 

разрушения

„

Критерий

 

хрупкого

 

разрушения

 

можно

 

представить

 

в

 

терминах

 J–

интеграла

 

как

В

 

этой

 

форме

 

критерий

 

разрушения

 

обобщается

 

на

 

случай

 

нелинейно

-

упругого

 

тела

й й

γ

2

=

J

поскольку

 

в

 

нелинейной

 

теории

 

упругости

 

предполагается

 

существование

 

потенциала

:

ƒ

В

 

этом

 

состоит

 

исключительно

 

важное

 

свойство

 J–

интеграла

Именно

 

в

 

нелинейных

 

задачах он широко применяется в практических расчетах элементов конструкций с

x

x

W

ε

σ

=

y

y

W

ε

σ

=

xy

xy

W

γ

τ

=

задачах

 

он

 

широко

 

применяется

 

в

 

практических

 

расчетах

 

элементов

 

конструкций

 

с

 

трещинами

 

на

 

прочность

„

Предположим

что

  

в

 

соответствие

 

с

 

нелинейным

 

законом

 

деформирования

 

напряжение

 

представляет

 

собой

 

степенную

 

функцию

 

от

 

деформации

          

с

 

Т

α

ε

σ

~

α

1

+

показателем

 

степени

         . 

Тогда

 

„

Выясним

какой

 

порядок

 

роста

 

вблизи

 

вершины

 

трещины

 

имеют

 

напряжения

 

в

 

этом

 

случае

Если

           , 

то

 

„

Выбирая в качестве контура интегрирования в

J–

интеграле окружность радиуса

r

1

α

α

α

σ

ε

σε

1

~

~

~

+

W

k

~

r

σ

α

α

1

~

+

k

r

W

„

Выбирая

 

в

 

качестве

 

контура

 

интегрирования

 

в

 J–

интеграле

 

окружность

 

радиуса

 

r

получим

 

„

Так

 

как

 

значение

 J –

интеграла

 

не

 

зависит

 

от

 

контура

 

интегрирования

то

 

есть

 

от

 

.

~

s

1

1

α

α+

+

⎟⎟

⎜⎜

+

=

k

L

y

n

x

n

r

d

x

u

Y

x

u

X

Wdy

J

р

ур

р р

радиуса

 

окружности

то

 

показатель

 

степени

 

здесь

 

должен

 

быть

 

равен

 

нулю

то

 

есть

следовательно

 

.

0

1

1

=

+

+

α

α

k

)

1

(

+

=

α

α

k


background image

Модель

 

линейной

 

пластической

 

зоны

„

В

 

общем

 

случае

 

зоны

 

пластической

 

деформации

 

и

 

поле

 

напряжений

 

в

 

окрестности

 

вершины

 

трещины

 

можно

 

определить

 

на

 

основе

 

й

И

уравнений

 

теории

 

пластичности

Имеется

 

простой

но

к

 

сожалению

достаточно

 

грубый

аналитический

 

способ

 

учета

 

пластической

 

зоны

который

 

примерно

 

в

 

одно

 

и

 

то

 

же

 

время

 

был

 

предложен

 

с

 

различных

 

точек

 

зрения

 

Панасюком

Леоновым

 

и

 

Дагдейлом

„

Панасюк

 

и

 

Леонов

 

рассматривали

 

трещину

 

на

 

атомном уровне Они предположили что

Сила

 

межатомного

 

притяжения

 

атомном

 

уровне

Они

 

предположили

что

 

нелинейное

 

взаимодействие

 

происходит

 

только

 

между

 

двумя

 

соседними

 

атомными

 

плоскостями

На

 

рисунке

 

вверху

 

приведена

 

характерная

 

зависимость

 

силы

 

притяжения

 

атомов

 

от

  

межатомного

 

расстояния

Эта

 

зависимость

 

была

 

приближена

 

ступенькой

Возникла

 

модель

изображенная

 

на

 

рисунке

 

внизу

Берега

 

трещины

свободные

 

от

 

напряжений

как

 

бы

 

продолжены

 

линейной

 

пластической

 

зоной

в

 

которой

 

растягивающее

 

напряжение

 

постоянно

 

и

 

равно

 

пределу

 

текучести

 

материала

Модель

 

пластической

 

зоны

р

р д

у

у

р


background image

Решение

 

задачи

„

С

 

помощью

 

формул

 

Колосова

Мусхелишвили

 

можно

 

построить

 

решение

 

более

 

общей

 

задачи

 

для

 

плоскости

 

с

 

разрезом

                    

по

 

действительной

 

оси

когда

 

на

 

берегах

 

разреза

 

приложено

 

распределенное

 

давление

                   , 

а

 

на

 

бесконечности

 

напряжения

 

равны

 

нулю

В

 

этом

 

решении

 

коэффициент

 

интенсивности

 

напряжений

 

равен

a

x

a

)

(

x

p

y

=

σ

a

у

„

В

 

задаче

 

с

 

линейной

 

пластической

 

зоной

 

функцию

          

нужно

 

задать

 

в

 

виде

+

=

a

a

I

dx

x

a

x

a

x

p

a

K

)

(

1

π

)

(

x

p

=

,

|

|

,

)

(

c

x

если

x

p

σ

„

Тогда

 

после

 

добавления

              

получится

 

искомое

 

решение

в

 

котором

 

на

 

продолжениях

 

берегов

 

трещины

                 

действует

 

растягивающее

 

напряжение

              , 

а

 

на

 

бесконечности

              .

Поле напряжений в окрестности точки

в которой заканчивается пластическая зона

<

=

.

|

|

,

)

(

a

x

c

если

x

p

s

σ

σ

σ

σ

=

0

y

a

x

c

<

|

|

s

y

σ

σ

=

σ

σ

=

y

a

x

=

„

Поле

 

напряжений

 

в

 

окрестности

 

точки

          , 

в

 

которой

 

заканчивается

 

пластическая

 

зона

ограничено

Таким

 

образом

:

„

Приближенная

 

формула

 

для

 

оценки

 

протяженности

 

пластической

 

зоны

 

имеет

 

вид

:

a

x

=

s

a

c

σ

πσ

2

cos

=

2

2

2

e

K

c

π

σ

π

где

                    –

коэффициент

 

интенсивности

полученный

 

по

 

сингулярному

 

решению

 

задачи

 

о

 

трещине

 

в

 

рамках

 

теории

 

упругости

„

Так

 

как

 

для

 

идеальной

 

пластичности

              , 

то

критерий

 

роста

 

трещины

 

в

 

терминах

 

2

8

8

1

⎟⎟

⎜⎜

=

s

I

s

K

c

a

d

a

c

σ

π

σ

σ

π

a

K

e

I

π

σ

=

0

=

I

K

д

д

,

,

р

р

р

р щ

р

коэффициента

 

интенсивности

 

напряжений

 

в

 

этом

 

случае

 

неприменим

Такой

 

критерий

 

формулируется

 

в

 

терминах

  J –

интеграла

Критерий

 

разрушения

 

принимает

 

вид

:

„

В

 

таком

 

виде

 

он

 

известен

 

как

 

критерий

 

предельного

 

раскрытия

 

трещины

.

I

s

c

σ

γ

δ

2

=