К определению температурной зависимости вязкости разрушения металлов путем объединения подходов классической механики и механики разрушения

Прокопьев Л.А., Семенов С.О., Андреев Я.М.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», Якутск

Лукин Е.С.

Институт физико-технических проблем Севера Сибирского отделения Российской Академии наук, Якутск

Ключевые слова: зона пластичности, хладноломкость, хладостойкость, вязкость разрушения, вязко-хрупкий переход, коэффициент концентрации напряжений.

Аннотация. Отмечены современные проблемы в области исследования явления хладноломкости конструкционных сталей. Исследовано влияние понижения температуры на размер зоны пластичности у вершины трещины в металле с применением критериев и уравнений механики разрушения и классической механики. Предложено теоретическое описание модели вязко-хрупкого перехода, заключающейся в уменьшении размеров зоны пластичности при понижении температуры с использованием объединения подходов классической механики и механики разрушения. Согласно предложенной модели, значение критического коэффициента интенсивности напряжений состоит из двух составляющих: части, отвечающей за сопротивление хрупкому отрыву и части, учитывающей влияние зоны пластичности. Показано, что предложенная модель, разработанная на основе подходов классической механики и механики разрушения, качественно описывает экспериментально наблюдаемый вязко-хрупкий переход в виде зависимости критического коэффициента интенсивности напряжений от температуры.

To determine the temperature dependence of the fracture toughness of metals by combining the approaches of classical mechanics and fracture mechanics

Prokopyev L.A., Semenov S.O., Andreev Ya.M.

The Yakut Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk

Lukin E.S.

V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Yakutsk

Keywords: plasticity zone, cold brittleness, cold resistance, fracture toughness, ductile-brittle transition, stress concentration factor.

Abstract. Modern problems of studying the phenomenon of cold brittleness of structural steels are noted. The effect of temperature decrease on the size of the plasticity zone at the crack tip in a metal has been studied using the equations of fracture mechanics and the finite element method. A theoretical description of the ductile-brittle transition model is proposed, which consists in a decrease in the size of the plasticity zone with decreasing temperature using a combination of the approaches of classical mechanics and fracture mechanics. According to the proposed model, the value of the critical stress intensity factor consists of two components: the part that is responsible for the resistance to brittle fracture and the part that takes into account the influence of the plasticity zone. It is shown that the proposed model, developed on the basis of the approaches of classical mechanics and fracture mechanics, qualitatively describes the experimentally observed ductile-brittle transition in the form of a dependence of the critical stress intensity factor on temperature.