раздел 2.2).
Как видно из рис. 3.2, влияние размеров трещины на ЛДК образца из сплава ВТ18У
качественно не отличается от выявленного ранее на образцах с трещиной усталости
(рис. 3.1, (а)-(в)). Если исходить из предположения, что энергия, рассеиваемая
в трещине, связана с трением ее берегов, то интенсивность изменения
характеристики демпфирования при асимметрии цикла, раскрывающей трещину, должна
быть ниже, чем в случае симметричных колебаний. Однако анализ результатов,
представленных на рис. 3.2 (а) и рис. 3.2 (б) приводит к противоположному
выводу. Как видно, относительное увеличение ЛДК образца из сплава ВТ18У с
ростом трещины при асимметричных колебаниях существенно превышает аналогичное
увеличение ЛДК при симметричном цикле колебаний.
Следовательно, либо статическая нагрузка, приложенная к образцу, была
недостаточной для такого раскрытия трещины, которое полностью исключало бы
взаимодействие ее берегов, и трение все же имело место (в пользу этого
предположения говорит тот факт, что при глубине трещины a=6,7 мм ее раскрытие
не превышало 0,01 мм, что может быть сопоставимо с неровностями берегов
трещины), либо трение не является основным механизмом рассеяния энергии в
трещине усталости.
Амплитудная зависимость ЛДК, полученная в результате второго этапа эксперимента
(образец перевернут трещиной вниз), представлена на рис. 3.2 (б) (кривая a=6,7
мм – закрытая трещина). В этом случае статическая нагрузка не позволяла трещине
раскрываться при колебаниях, поэтому ЛДК образца с закрытой трещиной снизился
почти до исходного уровня, но не достиг его, что можно объяснить, с одной
стороны, наличием контактного трения в закрытой трещине, а, с другой –
изменившимися условиями закрепления образца. Этим последним обстоятельством
можно также объяснить и тот факт, что исходные амплитудные зависимости ЛДК для
третьего этапа эксперимента (рис. 3.2 (в) и (г) – a=6,7 мм; p=0) несколько
отличались от за-
вершающих амплитудных зависимостей ЛДК для первого цикла испытаний (рис. 3.2
(а) и (б) – a=6,7 мм).
Следовательно, когда трещина закрыта при колебаниях, рассеяние энергии внутри
трещины практически отсутствует. Этот вывод качественно согласуется с выводом,
сделанным в работе [341].
На третьем этапе испытаний механический контакт между берегами трещины
постепенно устранялся (см. рис. 2.2, II и III), а затем трещина была полностью
удалена (см. рис. 2.2, IV). Как видно из рис. 3.2 (в) и (г), увеличение глубины
прорези до 6 мм привело к небольшим, однако качественно различным, изменениям
уровня и характера амплитудных зависимостей ЛДК образца при симметричном и
асимметричном циклах колебаний. Можно предположить, что при симметричных
колебаниях имело место трение между берегами трещины, причем зона контакта
сосредоточена преимущественно в верхней части трещины. Об этом свидетельствует
некоторое снижение ЛДК при удалении берегов трещины на глубину p=3 мм и
сохранении этого уровня ЛДК при углублении прорези до p=6 мм. Некоторое
увеличение ЛДК при асимметричных колебаниях при удалении берегов трещины на
глубину p=6 мм можно объяснить активизацией пластической зоны в вершине
трещины, обусловленной либо ослаблением эффекта закрытия трещины при уменьшении
ее длины выборкой материала [72], либо удалением слоя материала, в котором
имели место остаточные сжимающие напряжения [37]. Удаление кончика трещины
(p=7,2 мм) привело к резкому падению ЛДК образца практически до исходного
уровня как при симметричном, так и при асимметричном циклах колебаний.
Следовательно, кончик трещины глубиной 0,7 мм влияет на ЛДК образца практически
так же, как и вся трещина.
Таким образом, анализ результатов третьего этапа испытаний позволил заключить,
что основная причина рассеяния энергии в трещине рассматриваемого типа –
значительные пластические и упруго-пластические деформации в окрестности ее
вершины. При симметричных колебаниях нельзя исключить и наличия трения между
берегами трещины, хотя по своему вкладу этот механизм рассеяния энергии
представляется несущественным.
Из результатов последнего эксперимента (p=7,2 мм), а также из результатов
испытания образца из сплава ВТ-8 (рис. 3.1 (г)) следует, что указанные выше
механизмы рассеяния энергии отсутствуют в прорези. Даже узкая прорезь не может
вызвать изменение демпфирующих свойств образца, подобных тем, которые
наблюдались в случае трещины усталости. Следовательно, прорезь является плохой
моделью трещины как для предсказания изменения демпфирования, так и, как будет
показано в разделе 6, для точного предсказания изменения собственных частот
колебаний стержня.
3.2. Экспериментально-аналитическая оценка рассеяния энергии в трещине
нормального отрыва
Объем упруго-пластической зоны в окрестности вершины трещины составляет
незначительную часть объема образца. Поэтому возникает вопрос, может ли даже
высокий уровень диссипации энергии в этой зоне обусловить увеличение ЛДК
образца в несколько раз? Ответ на этот вопрос был получен в результате
расчетов, которые основывались на правдоподобных предположениях о размерах
упруго-пластической зоны и об уровне демпфирования внутри этой зоны.
Вопрос о форме и размерах пластической зоны в вершине трещины при циклическом
нагружении изучен недостаточно. Так в работе [193] при динамическом
трехточечном изгибе образца из высокопрочной стали диаметр пластической зоны в
вершине трещины (a/h=0,29) был оценен приблизительно в 0,1…0,2 мм. Известно
также [37], что размеры пластической зоны при циклическом нагружении в
несколько раз меньше, чем при