Введение к работе
(..тдел 1
иссартаций {
Актуальность темы. Механика разрушения, как самостоятельный раздел механики деформируемого твердого тела, за последние десятилетия разбивается значительными темпами. Это ^связано с необходимостью предотвращения катастрофических разрушении конструкция, а также увеличения сроков службы сооружений и деталей машин при достаточной их прочности и надежности.
Основными задачами механики разрушения являются: Еыработка дополнительных прочностных характеристик материалов, критериев разрушения и корректных методов их определения. Критерии разрушения могут определяться как теоретическими, так и экспериментальными методами. Однако, их теоретическое определение во многих случаях нерационально из-за сложной геометрии изучаемых объектов. В таких случаях целесообразно использовать разлігпше методы норазрушащего контроля, позволяющие вычислять критериальные характеристики разрушения через измеряемые физические параметры..
Широкими возможностями для решения задач механики разрушения обладают оптические методы: поляризационно-оптические, интерференционные, оптико-геометрические. Но использование перечисленных методов для исследования зон малых линейных размеров и больших градиентов деформаций, например, таких как зона вокруг вершины трещины, связано со значительным усложнением техники проведения экспериментов. Их применение целесообразно только в случаях, когда необходимо не только определение критериев разрушения, но и детальное изучение полей напряжений и деформации вокруг трещины.
Сложность экспериментальных методик заставляет искать более простые и эффективные методы определения критериев разрушения. Метод каустик является менее трудоемким и достаточно точным. Он разработан в ЄО-х годах и, судя по литературным данным, продолжает эффективно развиваться в настоящее время. В нашей стране этому методу не было уделено достаточного внимания, поэтому не было и детальной разработки методики нроЕеде'іп:я экспериментов. Наличие же подобной методики определения критериев разрушения позволит значительно облегчить работу испытательных лабораторний расширить класс исследуемых конструкций и материалов.
Цель работы. Настоящая работа'посвящена дальнейшему развитии метода каустик: его метрологическому анализу, развитии способов расшифровки оптической информанта и алгоритмов обработки экспериментальных даттых, северзенствованкю экспериментальной методики л
применению ее при испытании моделей реальных конструкций.
Научная новизна. В работе получил дальнейшее развитие оптический метод каустик. Разработан новый способ расшифровки оптических картин, формирующихся при освещении изотропной пластины с трещиной, нагруженной по типу нормального отрыва и поперечного сдвига. Получены уравнения для расшифровки оптической информации, фиксируемой при изучении анизотропных материалов с трещинами. Оценены метрологические характеристики метода, проведен анализ ошибок и даны рекомендации по их снижению. Проведено численное моделирование физического процесса формирования каустик. Разработан алгоритм выбора оптимальной для конкретной задачи оптической схемы. Проведена оценка влияния рефракции на формирование каустики при просвечивании оптически прозрачных объектов значительной, по сравнению с характерным размером особенности, толщины. Разработана и практически применена методика проведения испытаний на объектах из непрозрачных конструкционных материалов с использованием зеркального покрытия. Все это позволяет с высокой точностью и небольшой трудоемкостью получать величины критериальных характеристик вблизи вершин трещин различной конфигурации.
Практическая ценность работы. Предлагаемая методика позволяет исследовать как прозрачные модели, так и модели из реальных конструкционных материалов при небольшой трудоемкости процесса измерений и простом способе обработки экспериментальных данных. Результаты исследований, приведенные в работе в виде формул, описания методики и примеров решений, могут быть использованы специалистами испытательных лабораторий при определении критериев разрушения.
Реализация исследований. Разработанные метода исследования и расшифровки оптических картин, а также результата решения прикладных задач использованы при выполнении трех научно-исследовательских работ, указанных в материалах совета. Результаты разработок вошли в рекомендации ЬНИИЖТ по оценке допустимых размеров дефекта 10 в головке рельса при контактно-усталостном разрушении.
, Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Сибирской школе по современным проблемам механики деформируемого твердого тела (Якутск, 1990 г.). Зональном научно-техническом семинаре по применению лазеров в народном хозяйстве (Челябинск, 1989 г.), научно-технической конференции Челябинского агроинженерного университета (Челябинск, 1989 г.).-
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы три статьи в научных журналах и сборниках и получено одно ав-
торское свидетельство. Результаты исследовании приведены в трех научных отчетах.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из пяти глав, выводов, списка литература и приложений. Общий объем диссертации 226 страниц, включая 118 страниц основного текста, 80 рисунков, одну таблицу, 8 приложений и список литературы из 271 наименования.