3. РАЗРУШЕНИЕ

Кривая усталости или кривая S-N –число циклов, которые образец выдерживает при различных уровнях переменного напряжения или деформации до разрушения. Максимальное напряжение, минимальное напряжение или амплитуда напряжения могут быть использованы для построения данной кривой. Для оси N (число циклов) часто используется логарифмический масштаб. Кривые усталости материалов типа высокопрочных сталей, алюминиевых сплавов или при испытании материалов в агрессивной среде не имеют горизонтального участка. Усталостная прочность (усталостная долговечность) - максимальное напряжение, которое выдерживает материал без разрушения при повторении заданного числа циклов переменного нагружения. Эта характеристика обычно определяется по диаграмме S-N.

Тип нагружения образца (растяжение, изгиб или кручение) и уровень приложенного номинального напряжения может быть определен по структуре поверхности излома. При невысоком уровне напряжений область усталостного разрушения имеет тонкую структуру и занимает почти все сечение образца. Если же образец был подвержен высокому уровню напряжений, то зона усталости незначительна и больше зона окончательного разрушения (долома).

Область под диаграммой напряжение-деформация представляет работу, требуемую для разрушения материала. Соответственно, чем больше область, тем большую работу требуется совершить для разрушения материала. Для пластичных материалов характерны значительные пластические деформации и высокий уровень поглощения энергии до разрушения. Пластические деформации и поглощающая способность хрупких материалов относительно низкие.

Низкая температура уменьшает способность материала к пластическому деформированию. Материалы, которые являются пластичными при комнатной температуре, показывают хрупкое разрушение при низкой температуре. Исключением из этого правила являются большинство материалов с ГЦК структурой, которые остаются пластичными при очень низких температурах. Существует узкий интервал температур, при котором трещиностойкость материала резко снижается. Это явление известно как вязко-хрупкий переход.

Ползучесть - постепенное увеличение пластической деформации материала при постоянном напряжении, меньшем предела текучести. Ползучесть ярко выражена при температурах свыше 0.4 от температуры плавления (в градусах Кельвин). Чем выше температура или приложенное напряжение, тем меньше времени требуется для разрушения материала в результате ползучести. Металл  Al Cu Fe Pb Mg Ni Ti Температура плавления , 0К 933 1356 1805 600 923 1728 2068

Максимальное напряжение возле вершины эллиптического отверстия, большая ось которого расположена перпендикулярно приложенному напряжению в плоскости, определяется выражением: smax = s • [1 + 2 • (a/r)1/2] где s - приложенное номинальное напряжение; r - радиус кривизны в вершине; a - половина длины внутреннего отверстия или длина поверхностного отверстия.

Предельное значение коэффициента интенсивности напряжений KIC или вязкость разрушения характеризует сопротивление материала распространению трещины. Поврежденные материалы, имеющие более высокое значение вязкости разрушения, могут выдержать без разрушения более высокое напряжение. Максимальное номинальное напряжение, которое может выдержать элемент конструкции с трещиной, определяется как: s = KIC / [Y (p • a)1/2] где a - половина длины трещины; Y - безразмерный фактор зависящий от геометрии образца и трещины. Для сквозной внутренней трещины, длина которой намного меньше, чем размеры образца Y=1, для поверхностной трещины - Y=1.12. .