Раньше считалось, что как в основном металле, так и в сварном соединении недопустимо наличие трещин, а их появление в процессе службы изделия означает почти мгновенное его разрушение.
Однако, в действительности оказалось, что изготовить конструкцию без трещин удается далеко не всегда и довольно часто конструкциям значительное время приходится работать при наличии развивающихся трещин.
Разрушение таких конструкций зависит от того, какая нагрузка может выдерживаться материалами, содержащими трещину. Показателем нагрузки, выдерживаемой материалом при наличии трещины, является так называемая вязкость разрушения, характеризующая сопротивление распространению трещин.
Зная вязкость разрушения можно оценить критическую длину трещины, вызывающей хрупкое разрушение при нагружении или выбрать рабочие напряжения, при которых не будет осуществлено хрупкое разрушение.
Наука, занимающаяся изучением поведения тел с трещиной при нагружении называется механикой разрушения.
Начало исследований развития трещин относится к 1913 г. – работы Инглиса, Мусрелишвили – в рамках теории упругости решена задача о равновесии бесконечности тела с эллипсоидальной полостью.
Грифитс (1920) – начало нового этапа механики разрушения, этап детального изучения самого процесса разрушения. Считалось, что в теле уже имеются трещины, которые и приводят к хрупкому разрушению. Он учел внутренние силы – силы поверхностного натяжения – получил для бесконечно хрупкого тела с прямолинейной трещиной полушириной l критические напряжения при достижении которого трещина распространится самопроизвольно без подвода энергии извне:
Важный этап в развитии теории распространения трещин связан с именем Ирвина и Орована. Своими работами они развили теорию квазихрупкого разрушения – для вязких материалов, разрушающиеся хрупко при определенных условиях. Квазихрупкий механизм – пластическая деформация сосредоточена в очень узком слое вблизи поверхности разрушения.
Для таких материалов можно воспользоваться уравнением Грифитса, вводя вместо поверхностной энергии работу пластической деформации у поверхностной трещины.
т.к. p >> γ ; P — работа пластической деформации в приповерхностном слое трещины.
Обозначив величину 2Р через Gc получим
где Gc — характеризует работу, которую необходимо затратить на образование новой поверхности трещины единичной площади в момент начала ее самопроизвольного роста.
Эта величина зависит от вида напряженного состояния, развивающегося в период роста трещины. Gc — энергетический критерий вязкости разрушения.
Известно, что линейная теория упругости дает однозначные соотношения между напряжением (σ), деформацией и энергией (Gc). Поэтому, энергетический критерий вязкости разрушения Gc (GIc) имеет эквивалентный критерий, выраженный через напряжение.
Ирвин нашел связь энергетического критерия разрушения с напряженным состоянием у кончика трещины.
