Модель напряженного состояния предразрушения по данным поляризационно-оптических исследований

Накопление экспериментальных данных о полях напряжений у источников концентрации и трещин позволило выявить общие закономерности в их распределении как в линейных, так и нелинейных задачах и сделать вывод о сходстве напряженных состояний во многих зонах предразрушения. На основе анализа этих данных предложена обобщенная модель напряженного состояния предразрушения вблизи концентраторов и трещин, для обоснования которой и доказательства возможности практического использования приводятся и сравниваются несколько характерных примеров исследования напряженных состояний при различных уровнях деформирования. Используются две схемы поляризационно-оптических методов: испытания на просвет производятся на моделях из прозрачных пьезооптических материалов; методом фотоупругих покрытий изучаются большие пластические деформации в металлах. Типы рассматриваемых задач экспериментального исследования с помощью поляризационно-оптических методов можно классифицировать по уровню деформирования и виду деформаций на три группы: 1 группа – задачи линейно-упругого деформирования, хрупкого и квазихрупкого разрушения (материалы – бакелит, оргстекло Э2, композиции на основе эпоксидных смол, бетоны); 2 группа – упругие нелинейные задачи при больших деформациях, определяемые при сквозном просвечивании образцов из эластомеров (полиуретан СКУ-6); 3 группа – задачи пластического деформирования металлов, исследуемые методом фотоупругих покрытий (натурные материалы – сталь, дюралюминий и другие металлы). Приводится сводка основных уравнений и способов разделения напряжений и деформаций в нелинейной фотоупругости, которые использовались в настоящем исследовании для обработки оптических данных в приведенных нелинейных примерах. Обработка экспериментальных данных проводилась в системе координат Эйлера. Приведено пять примеров экспериментального исследования характерных задач, связанных с состоянием предразрушения вблизи различных источников концентрации, охватывающих по уровню деформирования все три группы приведенной в статье классификации. Некоторые из полученных результатов сопоставлены с известными теоретическими решениями с указанием фамилий авторов. Выполненный анализ приведенных примеров поляризационно-оптического исследования и других экспериментальных работ позволяет сделать вывод о сходстве напряженных состояний предразрушения в задачах разного класса в большом диапазоне деформирования и показывает обоснованность предложенной обобщенной модели распределения напряжений предразрушения в локальной зоне вблизи концентраторов и трещин. Использование предложенной модели позволяет выработать единый подход к рассмотрению всех зон предразрушения и потому имеет большое прикладное значение. При проектировании сложных узлов или элементов конструкций она дает возможность конструктору хотя бы приближенно представить вид полей напряжений у концентраторов, т. е. работать с напряженными зонами, не имеющими инженерных методов расчета, а также выделить в них области с разными знаками главных напряжений, что особенно важно при оценке прочности конструкций, имеющих разный предел прочности при растяжении и сжатии. Кроме того, использование модели напряженного состояния предразрушения значительно облегчает проведение моделирования концентрации напряжений для реальных объектов из-за возможности серьезного упрощения модельных образцов и их испытаний.