Введение к работе
Актуальность проблемы.Исследование развития трещин в хрупких или квазихрупких телах проводится на основе линейной механики разрушения. В настоящее время такие исследования проводятся очень широко как в теоретическом так и в экспериментальном плане. Задачи такого рода представляют непосредственный практи-. ческий интерес для горной механики, геофизики, машиностроения и других областей. Результаты исследования задач механики трещин способствуют более эффективному использованию горнодобывающего оборудования, определяют надежность конструкций, машин и механизмов, используются для оптимизации различных процессов при разрушении горной массы.
При теоретическом описании процесса разрушения механика трещин оперирует еще одним дополнительным параметром кроме 'обычных механических постоянных, которые использует механика деформируемого твердого тела. Эта характеристика материала отражает его способность сопротивляться росту трещин. В литературе по механике разрушения ее общее название трещиностойкость. Измеряться она может в разных терминах и определена может быть только экспериментально. Характерная особенность этой величины (трещиностойкости) - сильная зависимость от структурных особенностей и включений материала, а так же внешних воздействий. В связи с этим для многих реальных материалов в конкретных условиях нет справочных данных о трещиностойкости, хотя для проведения теоретических расчетов знание конкретной величины трв|-щиностойкости необходимо. В связи с этим разработка методик для определения трещиностойкости представляется актуальной задачей. Основные требования к методике: простота, высокая точность получаемых результатов. Отработка такой методики, основанной на процессе расклинивания - одна из целей представленной работы. Такой способ разрушения отличается как простотой реализации измерений, так и простотой изготовления образцов для испытаний. Выбор схемы расклинивания для методики определения трещиностойкости, кроме того, позволил наряду с получением необходимой информации о трещиностойкости исследовать процесс разрушения
материала широко применяемым на практике способом - разрушением клиновидными ударниками (рабочие органы горнодобывающих машин).
Изучение энергетических и силовых аспектов при таком, способе разрушения с целью оптимизации этого процесса так же является актуальной задачей в данный момент.
Цель работы: создание рабочей методики для определения трещиностойкости; исследование процесса расклинивания и определение энергетических и силовых характеристик для рекомендаций по оптимизации этого процесса.
Научная новизна. Новым в данной методике определения трещиностойкости является подход, основанный на анализе податли-востей.
Определена экспериментально и численно матрица податливости, которая позволяет при известном коэффициенте трения вычислять общую податливость образца с трещиной.
Разработана и опробована методика определения удельной поверхностной энергии разрушения по измерению двух параметров разрушения.
Проведенно сравнение в динамическом режиме этой методики с методом каустики, который, как и все оптические методы, обладает высокой точностью. Оно дало близкие результаты, что позволяет сделать заключение о возможности применения данной, методики в динамическом диапазоне.
Исследовано влияние вертикальных сил при расклинивании. Показано, что они как бы препятствуют раздвижению берегов трещины, что приводит к снижению коэффициента интенсивности напряжения в носике трещины.
Практическая ценность представленных исследований заключается в возможности оптимизации процессов разрушения клиновидными ударниками. Измеряемые с помощью данной методики' величины трещиностойкости различных материалов являются необходимыми для конкретных расчетов.
На защиту автор выносит следующие результаты:
модель описания процесса расклинивания, основанную на рассмотрении сил взаимодействия клина и образца как сосредоточенных;
энергетический анализ процесса расклинивания образца с разре-
зом (трещиной) на основе анализа податливости;
определение экспериментально и численно матрицы податливости квадратного образца с разрезом;
методику определения трещиностойкости (удельной поверхностной энергии разрушения) в статическом и динамическом режиме;
теоретическое и экспериментальное исследование влияния вертикальных сил при расклинивании на коэффициент, интенсивности напряжений в носике трещины;
динамическую калибровку представленной методики методом каустики.
Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на VIII Всесоюзном симпозиуме по распространению упругих и упругопластических волн (Новосибирск, 1986г.), Всесоюзном семинаре по динамической прочности и трещиностойкости конструкционных материалов (Киев, 1989г.), на семинаре по механике горных пород ИГД СО РАН, на семинаре отделения механики деформируемого твердого тела ИГ СО РАН.
Публикации. По теме исследований опубликованы работы [1-5].
Объем и структура работы . Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и содержит НО страниц машинописного текста, в том числе 33 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 68 наименований.