1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 8, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 8, стр. 763-770

О зарождении трещин вблизи источников напряжений со слабыми расходимостями

С. В. Кириков a, В. Н. Перевезенцев a, b, А. С. Пупынин a, *

a Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук”
603024 Нижний Новгород, ул. Белинского, 85, Россия

b Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского”
603022 Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, Россия

* E-mail: pupynin.as@gmail.com

Поступила в редакцию 13.02.2023
После доработки 05.06.2023
Принята к публикации 14.07.2023

Аннотация

Получены аналитические выражения для конфигурационной силы и величины релаксации упругой энергии при зарождении микротрещины в малой окрестности произвольного сингулярного источника напряжений. При анализе условий зарождения трещины на источниках со слабыми расходимостями полей напряжений использованы представления о мгновенном зарождении трещины конечной длины. В качестве критерия зарождения такой трещины рассматривается одновременное выполнения силового и энергетического условий. В рамках этих представлений в конфигурационном пространстве параметров системы (геометрические характеристики и мощность мезодефектов, величина внешнего напряжения) определены области, в которых возможно зарождение трещин в случае комбинированного мезодефекта, представляющего собой суперпозицию диполя стыковых дисклинаций и планарного сдвигового мезодефекта. Показано, что зарождение трещины существенно облегчается при потере устойчивости сдвигового мезодефекта.

Ключевые слова: фрагментированная структура, ротационно-сдвиговые мезодефекты, микротрещины

Список литературы

  1. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 224 с.

  2. Рыбин В.В., Зисман А.А., Золоторевский Н.Ю. Стыковые дисклинации в пластически деформируемых кристаллах // ФТТ. 1985. Т. 27. № 1. С. 181–186.

  3. Rybin V.V., Zisman A.A., Zolotorevsky N.Yu. Junction disclinations in plastically deformed crystals // Acta Metall. Mater. 1993. V. 41. № 7. P. 2211–2217.

  4. Владимиров В.И., Романов А.Е. Дисклинации в кристаллах. Л.: Наука, 1986. 224 с.

  5. Enikeev N.A., Orlova T.S., Alexandrov I.V., Romanov A.E. A physical criterion on grain subdivision during SPD // Solid State Phenomena. 2005. V. 101–102. P. 319–324.

  6. Nazarov A.A., Enikeev N.A., Orlova T.S., Romanov A.E., Alexandrov I.V., Beyerlein I.J., Valiev R.Z. Analysis of substructure evolution during simple shear of polycrystals by means of combined viscoplastic self-consistent and disclination modeling approach // Acta Mater. 2006. V. 54. № 4. P. 985–995.

  7. Romanov A.E., Kolesnikova A.L. Application of disclination concept to solid structures // Progr. Mater. Sci. 2009. V. 54. № 6. P. 740–769.

  8. Рыбин В.В., Перевезенцев В.Н., Свирина Ю.В. Физическая модель начальных стадий фрагментации поликристаллов в ходе развитой пластической деформации // ФММ. 2017. Т. 118. № 12. С. 999–1003.

  9. Zisman A.A., Rybin V.V. Basic configurations of interfacial and junction defects induced in a polycrystal by deformation of grains // Acta Mater. 1996. V. 44. P. 403–407.

  10. Рыбин В.В., Вергазов А.Н., Соломко Ю.В. Закономерности внутризеренного разрушения металлов с ОЦК решеткой // ФММ. 1978. Т. 46. № 3. С. 582–596.

  11. Gardner R.N., Pollock T.C., Wilsdorf H.G.F. Crack initiation at dislocation cell boundaries in the ductile fracture of metals // Mater. Sci. Eng. 1977. V. 29. P. 169–174.

  12. Koneva N.A., Trishkina L.I., Cherkasova T.V. Gradient dislocation substructures at fracture of polycrystalline Cu–Mn alloys // Lett. Mater. 2018. V. 8. № 4. P. 435–439.

  13. Рыбин В.В., Жуковский И.М. Дисклинационный механизм образования микротрещин // ФТТ. 1978. Т. 20. № 6. С. 1829–1835.

  14. Жуковский И.М., Рыбин В.В. Равновесные трещины во фрагментированных кристаллах // ФТТ. 1991. Т. 33. В. 4. С. 1286–1292.

  15. Vladimirov V.I., Gutkin M.Y., Romanov A.E. Effect of lamellar terminations on the physicomechanical properties of eutectic composites // Mech. Comp. Mater. 1987. V. 23. P. 313–319.

  16. Gutkin M.Y., Ovid’ko I.A. Disclinations, amorphization and microcrack generation at grain boundary junctions in polycrystalline solids // Phil. Mag. A. 1994. V. 70. № 4. P. 561–575.

  17. Gutkin M.Y., Ovid’ko I.A. Nanocracks at grain boundaries in nanocrystalline materials // Phil. Mag. Lett. 2004. V. 84. № 10. P. 655–663.

  18. Gutkin M.Y., Ovid’ko I.A., Skiba N.V. Generation of nanocracks at grain boundary disclinations in nanocomposite materials // Rev. Adv. Mater. Sci. 2005. V. 10. P. 483–489.

  19. Ovid’ko I.A., Sheinerman A.G. Triple junction nanocracks in deformed nanocrystalline materials // Acta Mater. 2004. V. 52. № 5. P. 1201–1209.

  20. Wu M.S., Zhou K., Nazarov A.A. Stability and relaxation mechanisms of a wedge disclination in an HCP bicrystalline nanowire // Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 2006. V. 14. № 4. P. 647.

  21. Luo J., Zhou K., Xiao Z.M. Stress investigation on a Griffith crack initiated from an eccentric disclination in a cylinder // Acta mech. 2009. V. 202. № 1. P. 65–77.

  22. Luo J., Xiao Z.M., Zhou K. Stress analysis on a Zener crack nucleation from an eccentric wedge disclination in a cylinder // Int. J. Eng. Sci. 2009. V. 47. № 9. P. 811–820.

  23. Wang T., Luo J., Xiao Z., Chen J. On the nucleation of a Zener crack from a wedge disclination dipole in the presence of a circular inhomogeneity // Eur. J. Mech.-A/Solids. 2009. V. 28. № 4. P. 688–696.

  24. Luo J., Li Z., Xiao Z. On the stress field and crack nucleation behavior of a disclinated nanowire with surface stress effects // Acta Mech. 2014. V. 225. № 11. P. 3187–3197.

  25. Wu M.S. Energy analysis of Zener-Griffith crack nucleation from a disclination dipole // Int. J. Plast. 2018. V. 100. P. 142–155.

  26. Wu M.S. Crack nucleation from a wedge disclination dipole with shift of rotation axes // Int. J. Fract. 2018. V. 212. № 1. P. 53–66.

  27. Кириков С.В., Перевезенцев В.Н. Анализ условий существования стабильных микротрещин в упругом поле напряжений от ротационно–сдвигового мезодефекта // Письма о материалах. 2021. Т. 11. № 1(41). С. 50–54.

  28. Кириков С.В., Перевезенцев В.Н., Пупынин А.С. О влиянии внешнего напряжения на устойчивость трещины, расположенной вблизи диполя клиновых дисклинаций // ФММ. 2021. Т. 122. № 8. С. 880–885.

  29. Perevesentsev V.N., Kirikov S.V., Zolotorevsky N.Yu. Analysis of the conditions of crack nucleation during lattice dislocations transition through grain boundary // Mater. Phys. Mech. 2022. V. 49. № 1. P. 173–181.

  30. Perevezentsev V.N., Kirikov S.V., Svirina Ju.V. The role of a shear planar mesodefect in the nucleation of a crack at a grain junction due to athermal grain boundary sliding // Lett. Mater. 2021. V. 11. № 4(44). P. 467–472.

  31. Leguillon D. Strength or toughness? A criterion for crack onset at a notch // Eur. J. Mech. – A/Solids. 2002. V. 21. № 1. P. 61–72.

  32. Taylor D., Cornetti P., Pugno N. The fracture mechanics of finite crack extension // Eng. Fract. Mech. 2005. V. 72. P. 1021–1038.

  33. Taylor D. The theory of critical distances // Eng. Fract. Mech. 2008. V. 75. № 7. P. 1696–1705.

  34. Weißgraeber P., Becker W., Leguillon D. A review of Finite Fracture Mechanics: crack initiation at singular and non-singular stress raisers // Arch. Appl. Mech. (Ing. Archiv). 2016. V. 86. № 1–2. P. 375–401.

  35. Naimark O.B. Duality of singularities of multiscale damage localization and crack advance: length variety in theory of critical distances // Frattura ed Integrita Strutturale. 2019. V. 13. № 49. P. 272–281.

  36. Инденбом В.Л. О критериях разрушения в дислокационных теориях прочности // ФТТ. 1961. Т. 3. № 7. С. 2071–2079.

  37. Leguillon D., Siruguet K. Finite fracture mechanics – application to the onset of a crack at a bimaterial corner // IUTAM symposium on analytical and computational fracture mechanics of non-homogeneous materials. Springer, Dordrecht, 2002. P. 11–18.

  38. Martin E., Leguillon D., Carrere N. Finite fracture mechanics: a useful tool to analyze cracking mechanisms in composite materials // The Structural Integrity of Carbon Fiber Composites. Springer, Cham, 2017. P. 529–548.

  39. Кириков С.В., Пупынин А.С., Свирина Ю.В. Анализ локальных полей упругих напряжений, генерируемых ротационно-сдвиговыми мезодефектами вблизи стыков зерен // Проблемы прочности и пластичности. 2021. Т. 83. № 2. С. 235–244.

  40. Кириков С.В., Перевезенцев В.Н., Пупынин А.С. Влияние стыковых дисклинаций на зарождение трещины при наведенном зернограничном проскальзывании // Дефомация и разрушение материалов. 2023. № 2. С. 2–11.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал