Proces i parametry uszkodzeń materiałów konstrukcyjnych

Transkrypt

1 Prof. dr hab. inż. Lech Dietrich Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN ul. Świętokrzyska Warszawa Proces i arametry uszkodzeń materiałów konstrukcyjnych 1. Generacja i rozwój uszkodzeń materiałów Proces kumulacji uszkodzeń materiałów konstrukcyjnych od wływem obciążeń eksloatacyjnych jest wieloetaowy. Zaczyna się od inicjacji wad struktury materiału, w nastęnej fazie obserwuje się ich stoniowy rozwój i łączenia się w ęknięcia aż do owstania dominującego ęknięcia rowadzącego nieuchronnie do zniszczenia elementu konstrukcyjnego. Podział na trzy fazy rozwoju uszkodzeń jest umowny i zwykle nie jest dobrze zdefiniowany. Proces uszkodzeń jest różnie ostrzegany rzez secjalistów z zakresu inżynierii materiałowej, mechaniki ciał odkształcalnych czy eksloatacji maszyn i urządzeń rzemysłowych. Poszczególne zakresy rocesu uszkodzeń są rozatrywane w różnych gałęziach mechaniki. Okres ierwszy i obserwację zmian strukturalnych stanowią domenę inżynierii materiałowej, zmęczenie nisko i wysoko-cyklowe to odrębne gruy roblemów okresu stabilnego wzrostu i roagacji ęknięcia, natomiast mechanika ękania dotyczy trzeciego okresu rocesu uszkodzeń. Rozwój uszkodzeń jest z oczywistych względów jednym z najważniejszych czynników rojektowania elementów maszyn i konstrukcji. Rozwój uszkodzeń materiałów konstrukcyjnych obserwuje się rzy wszystkich rodzajach obciążeń eksloatacyjnych, rzy obciążeniach monotonicznie rosnących, cyklicznie zmiennych rowadzących do zmęczenia materiału czy też obciążeń stałych wywołujących ełzanie. Jednym z ważniejszych z technicznego unktu widzenia rocesu rozwoju uszkodzeń jest ełzanie materiałów konstrukcyjnych od wływem stałych, ale długotrwale działających obciążeń. Zjawisko ełzania obserwuje się dla wszystkich materiałów, a jego intensywność zależy od zakresu obciążeń i temeratury. Pełzanie materiałów jest szczególnie istotne w rzemyśle energetycznym dla instalacji ciśnieniowych racujących w odwyższonych temeraturach. Rozwój maszyn arowych i instalacji energetycznych, nieodłącznie związany z katastroficznymi zniszczeniami zbiorników ciśnieniowych racujących w wysokich temeraturach dorowadził do owstania secjalnych laboratoriów badań ełzania materiałów konstrukcyjnych. Ciągły wzrost ciśnień i temeratur czynnika roboczego urządzeń energetycznych i doskonalenie materiałów konstrukcyjnych stosowanych w tych ekstremalnych warunkach racy są główną motywacją znaczenia i rozwoju badań doświadczalnych rocesu ełzania. Proces ełzania rowadzi do zniszczenia materiału, ale jego rzebieg można odzielić na trzy etay. Pierwszy z nich charakteryzuje się malejącą rędkością odkształceń w czasie. Eta drugi rzebiega rzy stałej rędkości odkształceń, a w trzecim etaie jest rosnąca rędkość odkształceń, aż do zniszczenia materiału. Bezieczny zakres racy urządzeń i instalacji energetycznych narażonych na ełzanie ograniczony jest do drugiego etau ełzania. Wyznaczenie beziecznego zakresu racy rzy ełzaniu w określonych warunkach eksloatacyjnych jest odstawowym zadaniem badań doświadczalnych ełzania materiałów konstrukcyjnych. Większość badań ełzania rowadzona jest rzy jednoosiowym stanie narężenia. Badania rzy innych stanach narężenia, w tym w złożonych stanach narężenia są wykonywane znacznie rzadziej, mimo że są to badania niezbędne do rawidłowego oisania zachowania się materiału w warunkach ełzania i do wyznaczenia rodzaju i

2 arametrów modelu teoretycznego niezbędnego do obliczeń wytrzymałościowych i rojektowania inżynierskiego elementów konstrukcyjnych racujących w odwyższonych temeraturach i rzy obciążeniach wywołujących ełzanie. Badania w złożonych stanach narężenia mają odstawowe znaczenie dla rozwoju teoretycznych oisów ełzania, ale nie mogą być ominięte w zagadnieniach inżynierskich. Badania ełzania w złożonych stanach narężenia są znacznie trudniejsze od owszechnie wykonywanych badań w jednoosiowych stanach narężenia. Ogólny wniosek wynikający z badań dotychczasowych wskazuje na znacznie silniejszy wływ stanu narężenia na ełzanie materiału w orównaniu do lastyczności. Wływ ten rzejawia się zależnością odkształceń i rędkości ełzania oraz czasu trwania oszczególnych okresów ełzania od stanu narężenia. Wływ ten jest zawsze wyraźny, ale w zależności od rodzaju materiału może rzybierać różne formy. Porównanie kształtu i ołożenia krzywych ełzania miedzi i stou aluminium (rys. 1 [1, 2]) wskazuje na różną wrażliwość materiałów konstrukcyjnych na złożony stan narężenia. Kolejność krzywych ełzania dla miedzi (rys. 1a) i dla stou aluminium (rys. 1b) jest inna. (c) ε e [%] t [h] 3 ε e 6.0 [%] t (h) a) b) Rys. 1 Krzywe ełzania dla miedzi w temeraturze 523K rzy ekwiwalentnym narężeniu 75 Ma(a), oraz dla stou aluminium w temeraturze 423K rzy ekwiwalentnym narężeniu 320 Ma (b), ale rzy trzech różnych stanach narężenia, rzy rozciąganiu (1), skręcaniu (3) i rozciąganiu ze skręcaniem (2). Drugim równie istotnym z technicznego unktu widzenia rocesem generującym uszkodzenia są obciążenia cyklicznie zmienne rowadzące do zniszczenia zmęczeniowego. Wływ zmiennych obciążeń na zniszczenie konstrukcji został dostrzeżony już blisko dwieście lat temu (1838 race Alberta), a szersze badania rocesu zmęczenia metali od wływem obciążeń cyklicznych zaoczątkowane były racami Wölhera w 1860 roku. Problemy zniszczenia i zmęczenia metali stanowią od lat odstawowy roblem wsółczesnej techniki, jest to jedna z gałęzi mechaniki doświadczalnej bezośrednio związana z zastosowaniami inżynierskimi i rozwijana intensywnie na całym świecie. Zachowanie się materiałów rzy obciążeniach cyklicznych ma zasadnicze znaczenie rzy kwalifikacji rzydatności materiału do określonych konstrukcji inżynierskich, a zwłaszcza w rzemyśle maszynowym, gdzie obciążenia eksloatacyjne mają zawsze charakter cykliczny. Jeszcze do niedawna obciążenia cykliczne były utożsamiane wyłącznie ze zmęczeniem metali, a obciążenia monotoniczne były kojarzone z lastycznością, w której rozatrywano, co najwyżej jeden cykl obciążenia i odciążenia. Były to dwie różne dziedziny wiedzy inżynierskiej. A m lituda narę żeni a σ a R m Liczba cykli do zniszczenia N f Rys. 2 Krzywa Wölhera (S-N) i zakres nisko i wysokocyklowego zmęczenia. σ a σ a 3 σ 2 1 t

3 Stosowana wówczas technika doświadczalne ograniczała zakres badań do obciążeń jednoosiowych, a rzy obciążenia cyklicznych nie rejestrowano zmian narężeń jako funkcji odkształceń w kolejnych cyklach obciążania ograniczając się jedynie do liczby cykli do zniszczenia róbki rzy danej amlitudzie obciążenia, co umożliwiało wyznaczenie odstawowej charakterystyki zmęczenia materiału w ostaci krzywej Wöhlera. Pojęcie zmęczenia niskocyklowego ojawiło się stosunkowo niedawno i określa zachowania się materiałów rzy obciążeniach cyklicznych w zakresie niewielkiej liczby cykli. Jest to faza rzejściowa od obciążeń doraźnych do zakresu krzywej Wöhlera. Badania w zakresie niskocyklowego zmęczenia są już ściśle związane i w odobny sosób rowadzone jak badania wchodzące w zakres lastyczności cyklicznej. W obu tych dziedzinach analizuje się zmiany rzebiegu krzywej narężenia odkształcenie jako funkcję liczby cykli obciążenia. Celem cyklicznej lastyczności jest określenie właściwości materiałów rzy obciążeniach cyklicznych, a nastęnie modelowanie tych właściwości. Natomiast badania niskocyklowego zmęczenia mają na celu określenie trwałości zmęczeniowej w tym zakresie obciążeń. Badania doświadczalne rzy obciążeniach cyklicznych rowadzono głównie w jednoosiowych stanach narężenia, najczęściej rzy cyklach rozciągania ściskania, zarówno w zakresie niskocyklowego zmęczenia jak i cyklicznej lastyczności. Badania doświadczalne rzerowadzane rzy cyklicznych obciążeniach w warunkach złożonych stanów narężenia umożliwiają dokonanie ełnej oceny zachowania się materiałów rzy obciążeniach cyklicznych z uwzględnieniem wływu kierunku narężeń głównych. Badania takie stanowią niezbędną odstawę modelowania właściwości mechanicznych materiałów rzy obciążeniach cyklicznych. Wyróżnić tu można badania rowadzone rzy roorcjonalnych i nieroorcjonalnych obciążeniach. Termin obciążenia roorcjonalne oznacza tu, że składowe obciążenia narastają roorcjonalnie do arametru obciążenia, którym jest najczęściej czas. Stosunek oszczególnych składowych obciążenia jest stały w trakcie całego rocesu obciążania. Odmienna sytuacja jest rzy nieroorcjonalnych obciążeniach, które charakteryzują się zmianą kierunku obciążania i zmiennym stosunkiem oszczególnych składowych obciążenia w trakcie jednego cyklu rocesu obciążania. Jedną z odmian obciążeń nieroorcjonalnych jest zmiana jednej ze składowych obciążenia według funkcji sinus, odczas gdy druga zmienia się według funkcji cosinus, co rowadzi do tak zwanej kołowej deformacji, rzy której droga arametrów sterujących zakreśla okrąg w rozatrywanej rzestrzeni składowych stanu odkształcenia, jeśli składowe odkształcenia są wybrane jako arametry sterujące rzebiegiem obciążenia róbki. Badania rzerowadzane w warunkach złożonego stanu narężenia rzy nieroorcjonalnych obciążeniach cyklicznych uwidaczniają nowe asekty zachowania się metali. Pojawia się, zaobserwowany o raz ierwszy w 1978 roku [3], efekt dodatkowego wzmocnienia charakteryzujący się rosnącą siralą odowiedzi materiału w rzestrzeni narężeń, rzy wymuszeniach o stałej amlitudzie odkształcenia wyadkowego. Z drugiej natomiast strony ten ty obciążenia może rowadzić do obniżenia trwałości zmęczeniowej [4]. Efekty te są znaczące i stanowią ważny element charakterystyki materiałowej. Materiały konstrukcyjne mogą wykazywać efekt cyklicznego umocnienia bądź osłabienia w zależności od rodzaju materiału. Obserwujemy wówczas malejącą bądź rosnącą amlitudę odowiedzi materiału w kolejnych cyklach na wymuszenia o stałej amlitudzie. Po ewnej liczbie cykli nie obserwuje się już dalszych zmian amlitudy odowiedzi materiału. Osiągamy stan nasycenia i stabilizację zachowania się materiału od wływem stałego, cyklicznie zmiennego sygnału wymuszającego. Zwrotne unkty ustalonej dla takiego stanu nasycenia ętli histerezy rzy danej amlitudzie wymuszenia wyznaczają nam unkty tak zwanej cyklicznej krzywej umocnienia. Definicja ta określa sosób wyznaczania cyklicznej krzywej umocnienia stanowiącej odstawową charakterystykę cyklicznego zachowania się

4 materiałów konstrukcyjnych. Sosób ten jest jednak bardzo racochłonny i wymaga użycia wielu róbek do wyznaczenia cyklicznej krzywej narężenie-odkształcenie. W raktyce często korzysta się z uroszczonych schematów wyznaczania krzywej cyklicznej z wykorzystaniem tylko jednej róbki rzy stoniowo zmienianej amlitudzie obciążeń. Sosoby te były zwykle stosowane rzy jednoosiowych stanach narężenia, najczęściej rzy cyklach rozciąganie-ściskanie. Zbiory takich krzywych cyklicznych dla różnych materiałów można znaleźć w literaturze nawet w ostaci monograficznej [5]. Natomiast badania w warunkach złożonych stanów narężeń umożliwiające ocenę wływu kierunku stanu narężenia na właściwości mechaniczne materiałów rzy cyklicznych obciążeniach są znacznie skromniej rerezentowane w literaturze światowej. Badania te dają ełne informacje o właściwościach mechanicznych rzy cyklicznych obciążeniach i umożliwiają odjęcie róby racjonalnego modelowania zachowania się materiału rzy cyklicznych obciążeniach. τ 400 [MPa] Stal 18G2A Granica lastyczności ε = 5 x 10-5 τ [MPa] 400 Sto aluminium PA6 Granica lastyczności ε = Początkowa owierzchnia lastyczności -200 Początkowa owierzchnia lastyczności -300 Cykliczna owierzchnia lastyczności σ [MPa] -200 Cykliczna owierzchnia lastyczności σ [MPa] Rys.4 Porównanie oczątkowego i cyklicznego warunku lastyczności dla PA6 Rys.3 Porównanie oczątkowego i cyklicznego warunku lastyczności dla stali 18G2A Znajomość cyklicznych krzywych umocnienia dla różnych stanów narężenia umożliwia wyznaczenie cyklicznego warunku lastyczności odzwierciedlającego sumaryczne cechy cyklicznej lastyczności dla różnych stanów narężeń. Jest to ojęcie odowiadające warunkowi lastyczności rzy obciążeniach monotonicznych. Porównanie tych dwóch rodzajów warunków lastyczności rzedstawiono na rys. 3 dla stali 18G2A i na rys. 4 dla stou aluminium PA6 [6]. Efekt cyklicznego osłabienia jest tu wyraźnie widoczny dla stali, natomiast efekt cyklicznego wzmocnienia dla stou aluminium jest zależny od kierunku obciążenia i jest też związany z teksturą ółwyrobu ukształtowaną w rocesie wytwórczym. τ [MPa] 200 Stal 18G2A 45 o τ [MPa] 200 o 315 Sto aluminium PA6 45 o 0 Początkowa owierzchnia lastyczności o o 0 Początkowa owierzchnia lastyczności o o -200 o σ [MPa] Rys.5 Wtórne warunki lastyczności dla stali o obciążeniach cyklicznych w kierunkach 45, 135, 225 i 315 stoni σ [MPa] Rys.6 Wtórne warunki lastyczności dla PA6 o obciążeniach cyklicznych w kierunkach 45, 135, 225 i 315 stoni. Cykliczne obciążenia wrowadzają zmiany właściwości lastycznych badanych materiałów, które można ocenić na odstawie obrazu wtórnej owierzchni lastyczności

5 otrzymanej o zakończeniu rogramu obciążeń cyklicznych. Sumaryczne wyniki rzedstawiono na rys. 5 dla stali 18G2A, a na rys. 6 dla stou aluminium PA6, ograniczając się tylko do okazania wływu kierunku obciążania cyklicznego dla badanych materiałów. Właściwości lastyczne ulegają zmianie od wływem ukierunkowanych obciążeń cyklicznych. Wymiary i ołożenie wtórnych warunków lastyczności zależą od kierunku wstęnej deformacji cyklicznej. W rzyadku stali 18G2A warunki lastyczności dla stanu o deformacji cyklicznej leżą wewnątrz warunku oczątkowego, wyznaczonego dla materiału w stanie dostawy. Obserwuje się efekt osłabienia lastycznego materiału od wływem deformacji cyklicznej. Odwrotna sytuacja wystęuje dla stou aluminium PA6. Materiał ulega w tym rzyadku lastycznemu wzmocnieniu od wływem deformacji cyklicznej. Warunki lastyczności w stanie o deformacji cyklicznej w różnych kierunkach zobrazowane elisami na rys. 6 otaczają z zewnątrz elisę obrazującą warunek lastyczności w stanie wyjściowym. Charakterystyczna jest też zależność ołożenia elis wtórnego warunku lastyczności od kierunku wstęnej deformacji cyklicznej. Efekt ten wystęuje dla obu badanych materiałów. Dla stali obserwujemy obrót elis obrazujących wtórny warunek lastyczności zależnie od kierunku wstęnych obciążeń cyklicznych, a dla stou aluminium elisy wtórnego warunku mają osie główne okrywające się osiami wstęnej anizotroii niezależnie od kierunku wstęnej deformacji cyklicznej. Przedstawione wyniki badań wływu cyklicznego obciążenia realizowanego rzy roorcjonalnych drogach wskazują na skomlikowany i złożony charakter odowiedzi materiału na zadany rogram obciążeń. Odowiedź ta jest ściśle związana z rodzajem materiału i technologią rocesu wytwórczego, który kształtuje właściwości mechaniczne w stanie wyjściowym. Czynniki te wływają w sosób decydujący na kierunkowość struktury i właściwości materiałów konstrukcyjnych, co w ołączeniu z różnorodnością arametrów obciążenia, a głównie jego amlitudą i kierunkiem w stosunku do głównych kierunków anizotroii materiału rowadzi do takiej różnorodności reakcji materiału na taki sam rogram obciążeń cyklicznych. Komlikuje to w sosób zasadniczy modelowanie zachowania się materiałów konstrukcyjnych, które zawsze owinno być orzedzone odowiednimi badaniami doświadczalnymi w warunkach złożonych stanów narężeń. Badania doświadczalne w złożonych stanach obciążeń cyklicznych tak ważne dla stoów metali są szczególnie istotne w rzyadku całej klasy komozytów zbrojonych włóknami o celowo ukierunkowanych właściwościach wytrzymałościowych. Nieroorcjonalne obciążenia cykliczne charakteryzują się ciągła zmianą kierunku obciążenia w stosunku do ukształtowanych głównych osi anizotroii badanego materiału. Powoduje to owstanie efektu dodatkowego wzmocnienia charakteryzującego się rosnącą siralą odowiedzi materiału w rzestrzeni narężeń, rzy wymuszeniach o stałej amlitudzie odkształcenia wyadkowego. Badania doświadczalne w złożonych stanach narężeń rzy nieroorcjonalnych obciążeniach są intensywnie rozwijane w ostatnich latach. Są to jednak badania trudne, wymagające nowoczesnej aaratury badawczej, w której konieczna jest możliwość recyzyjnego sterowania i rogramowania rzebiegiem obciążeń. Ois zachowania się metali rzy nieroorcjonalnych obciążeniach i efekty dodatkowego umocnienia rzy złożonych obciążeniach cyklicznych rzesuniętych w fazie w zakresie zmęczenia niskocyklowego, rowadzące do obniżenia wytrzymałości zmęczeniowej w zakresie długotrwałych obciążeń cyklicznych, mają istotne znaczenie z inżynierskiego unktu widzenia ze względu na częste wystęowanie tego tyu obciążeń w rzeczywistych konstrukcjach i urządzeniach. Obserwowane zmiany ilościowe rzy nieroorcjonalnych drogach obciążeń zależą nie tylko od kąta rzesunięcia fazowego omiędzy składowymi odkształceń, od ich amlitudy, ale również od kształtu drogi obciążenia w rzestrzeni odkształceń [7].

6 Efekt dodatkowego wzmocnienia uwidacznia się w ostaci rosnącego romienia sirali, jaką zakreśla wektor narężeń w rzestrzeni składowych narężeń w kolejnych cyklach obciążenia (rys.7). Przyjmuje się, że dodatkowe wzmocnienie jest wywołane dużą liczbą czynnych systemów oślizgu tworzonych rzy złożonym obciążaniu o ciągłej zmianie kierunku obciążenia ε θz τ MPa ε z -400 σ MPa a) b) Rys.7 Przebieg nieroorcjonalnego obciążenia cyklicznego, (a) zmiany sygnału wymuszającego, (b) odowiedź materiału w narężeniach Z chwilą osiągnięcia kołowej drogi deformacji obserwuje się wyraźne rzesunięcie fazowe składowych narężeń w stosunku do odowiadających składowych odkształceń. Narężenie osiowe jest oóźnione w stosunku do rzebiegu odkształcenia osiowego i narężenie ostaciowe jest również oóźnione w stosunku do odkształcenia ostaciowego. Kąt oóźnienia składowych narężeń w stosunku do odowiadających składowych odkształceń jest największy rzy wejściu na kołową ścieżkę obciążenia i w rozatrywanym rzyadku osiąga wartość 34, w momencie, gdy odkształcenie ostaciowe jest największe. W kolejnych unktach szczytowych stoniowo maleje i od drugiego cyklu kołowego ustala się na wartości około 26. Wartości zmierzone dla obu składowych obciążenia różnią się bardzo nieznacznie między sobą. Fakt wystąienia oóźnienia fazowego między narężeniami i odkształceniami wskazuje na ozorne, leko-lastyczne zachowanie się materiału rzy kołowej drodze deformacji róbki. Wływ tej ozornej lekości manifestuje się w sosób wyraźny i określa zachowanie się materiałów metalicznych rzy nieroorcjonalnych drogach obciążenia. Podkreślić należy, że rzy cyklicznych, roorcjonalnych obciążeniach w jednoosiowych i złożonych stanach narężenia o takiej samej amlitudzie i rędkości obciążeń te same materiały nie rzejawiają takich cech i nie obserwuje się wówczas rzesunięcia fazowego narężeń w stosunku do odowiadających odkształceń. Wyróżniającą cechą nieroorcjonalnych obciążeń cyklicznych jest zmiana kierunku narężenia w stosunku do osi róbki w jednym cyklu obciążenia. Jest to bardzo ważne, zwłaszcza z unktu widzenia zastosowań inżynierskich i daje możliwość oceny zmiany kierunku obciążeń na właściwości wytrzymałościowe materiałów konstrukcyjnych. Badania doświadczalne rzy nieroorcjonalnych obciążeniach cyklicznych są systematycznie rozwijane w wielu laboratoriach badawczych, a tematyka ta jest ważnym unktem tematycznych konferencji naukowych [8, 9]. Jest wielce rawdoodobne, że badania rzy nieroorcjonalnych obciążeniach cyklicznych będą, w niedalekiej już rzyszłości, krytycznym testem materiałowym umożliwiającym syntetyczną ocenę wytrzymałościową materiału uwzględniającą wzajemne oddziaływanie wielu systemów oślizgu uruchamianych w zależności od kierunku narężenia. Postę techniki i związane z nim katastroficzne zniszczenia konstrukcji inżynierskich stanowiące stały element doniesień rasowych oczynając od XIX wieku dorowadziły do owstania nowej gałęzi wiedzy zajmującej się warunkami roagacji ęknięć w materiałach konstrukcyjnych. Znaczącym imulsem rozwoju mechaniki ękania była seria katastrof

7 okrętów tyu Liberty budowanych w stoczniach U.S.A. w trakcie Drugiej Wojny Światowej [10]. Były to ierwsze okręty o stalowej konstrukcji w całości sawanej, a zastosowanie tej nowej wówczas technologii wytwarzania było rzyczyną 36 katastrof morskich tych jednostek (na ogólną liczbę 4694 wybudowanych). Początkowo katastrofy łączono z wydarzeniami wojennymi i okręty uważano za storedowane. Doiero ęknięcie na ół okrętu Schenectady 1 zakotwiczonego w orcie dało oczątek rzetelnej analizy rzyczyn katastrofy. Dorowadziło to do rozwinięcia mechaniki ękania i narzędzi badawczych do oceny odorności na ękanie materiałów konstrukcyjnych. Rozwinięcie rac Griffith a [11], Orowana [12] i Irwina [13] i rzeniesienie koncecji mechaniki ękania na oziom rojektowania inżynierskiego trwało jeszcze onad 30 lat. Pierwsza norma określająca sosób i warunki wyznaczania odorności materiału na ękanie owstała w Anglii w 1972 roku [14], a w Polsce analogiczna norma została wrowadzona w 1987 roku [15]. W koncecji Griffith a oublikowanej w 1920 rzyjmuje się, że energia otrzeba do utworzenia nowej owierzchni związanej z owiększeniem się ęknięcia jest dostarczona z otencjalnej energii srężystej, która jest roorcjonalna do kwadratu narężenia i rośnie szybko ze wzrostem narężeń. Pęknięcie może się rozwijać rzy stosunkowo niewielkim oziomie narężeń, nawet wówczas, gdy rzy wierzchołku szczeliny owstanie obszar lastyczny ochłaniający znaczną energię. Rozwój mechaniki ękania i jej wływ na raktykę inżynierską jest znakomitym rzykładem jakościowego, dynamicznego rozwoju wiedzy o materiałach konstrukcyjnych stosowanych rzecież od wielu już lat. Jest to rzykład tym bardziej interesujący, że zmiany te wrowadzane były na naszych oczach, za życia jednego okolenia inżynierów. Dodatkową, ale jakże ouczającą i ważną korzyścią dorobku mechaniki ękania było wyjaśnienie zatonięcia statku asażerskiego Titanic w 1912 roku [16]. Statek zderzył się z górą lodową, ale dlaczego zniszczenia były tak duże, że wodoszczelne grodzie nie zaobiegły tragedii i statek ękł na dwie części, jak go znalazł na dnie oceanograf Bob Ballard w 1985 roku. Odowiedź ozostawała zagadką rzez onad 70 lat, do momentu, gdy Radziecki batyskaf odjął z głębokości onad 3800 m kawałek blachy z konstrukcji Titanica. Przerowadzone badania wykazały dużą zawartość siarki, a badania udarności na młocie Chary ego ujawniły skłonność tej stali do kruchego ękania. Uderzenie statku w górę lodową sowodowało ęknięcie kadłuba i wzrost srężystej energii w całej konstrukcji, ale to mała odorność na ękanie stali użytej rzy budowie statku była rzyczyną rozwoju owstałego ęknięcia niemalże wzdłuż całej długości kadłuba i jego ęknięcia na dwie części. Mechanika ękania wrowadziła nowe rocedury doświadczalnych badań materiałów, ale było to możliwe również dzięki stałemu doskonaleniu technik i urządzeń badawczych. Pod tym względem ostę jest równie imonujący, jeśli uświadomić sobie, że omysł tensometru elektrooorowego został zrealizowany doiero w 1938, niezależnie rzez Simonds a i Ruge [17]. Wrowadzenie tego niewielkiego urządzenia, tak owszechnie obecnie stosowanego w różnych ostaciach do omiarów odkształceń jest często uważane za oczątek rewolucji technicznej. Drugim niesłychanie ważnym elementem wsółczesnych badań materiałów jest doskonalenie maszyn wytrzymałościowych, a zwłaszcza ich systemów sterowania. Rozwój ten jest ściśle związany z rozwojem elektroniki, a jej stoniowe wrowadzanie do układów sterowania maszyn wytrzymałościowych dorowadziło w rezultacie do owstania maszyny racującej w ętli srzężenia zwrotnego, w którym badana róbka jest częścią układu sterowania. Prototy takiej maszyny owstał w U.S.A. w 1953 roku, a w latach 70 maszyny tego tyu znalazły się w ofercie handlowej czołowych roducentów tego tyu wyosażenia. Secjalizowany układ elektronicznego zbierania i rzetwarzania danych doświadczalnych w zastosowaniu do maszyn wytrzymałościowych 1 16 Stycznia 1943 o godz. 22:30 rzy sokojnej i chłodnej ogodzie (temeratura wody 3 o C, owietrza 4 o C)

8 owstał w 1972 roku [18], a ołączenie w jednej maszynie tych dwóch systemów elektronicznych do sterowania i rzetwarzania danych doświadczalnych dało oczątek wsółczesnym maszynom wytrzymałościowym, które nie tylko orawiły jakość badań i ułatwiły ich realizację, ale rzede wszystkim stworzyły nowe możliwości badawcze ełniejszego i dokładniejszego oznanie zachowania się materiałów konstrukcyjnych od obciążeniem w różnych warunkach. Zasadę działania takiej maszyny okazano na rys.8. Jej odstawową cechą jest raca w CZUJNIK Siła Rejestracja ętli srzężenia zwrotnego, w którym SIŁY sygnał omiarowy jednej z mierzonych wielkości fizycznych, siły, odkształcenia czy rzemieszczenia jest PRÓBKA Odkształcenie Rejestracja wrowadzany do układu regulacji, a sygnał do wysterowania serwozaworu siłownika hydraulicznego jest funkcją różnicy omiędzy żądaną i Rejestracja Przemieszczenie zrealizowaną wartością w danej chwili. Układ regulacji ętli srzężenia zwrotnego służy do doasowania SIŁOWNIK (wystrojenia) odowiedzi maszyny do charakterystyki badanego materiału tak, że złe wystrojenie maszyny może U.Reg. owodować znaczne błędy lub wręcz zniszczenie róbki. Parametry strojenia maszyny wytrzymałościowej Sterownik w istotny sosób wływają na rzebieg Programator doświadczenia. Rys.8 Schemat blokowy wsółczesnej maszyny wytrzymałościowej. 2. Miary uszkodzenia materiałów konstrukcyjnych Badania doświadczalne rocesu zniszczenia materiałów konstrukcyjnych zmierzały najierw do określenia wytrzymałości i trwałości zmęczeniowej. Rozwój mechaniki ękania dorowadził do rozwoju technik doświadczalnych umożliwiających wyznaczenie krytycznych arametrów rozrzestrzenia się ojedynczej i sztucznie utworzonej szczeliny. Wyniki badań doświadczalnych tego tyu dostarczają danych orównawczych i umożliwiają klasyfikację materiałów konstrukcyjnych od względem ich odorności na kruche ękanie. Doskonalenie teoretycznego oisu rocesu zniszczenia materiałów i wrowadzenie tego oisu do rogramów obliczeń inżynierskich związane jest z możliwością recyzyjnej obserwacji rozwoju zniszczenia we wszystkich jego fazach, od owstawania wad struktury orzez ich stabilny rozwój do katastroficznego rozrzestrzeniania się szczeliny dominującej. Mechanizmy uszkodzeń i degradacji właściwości mechanicznych materiałów są różnorodne dla różnych tyów i zakresów obciążeń. Zniszczenie materiałów konstrukcyjnych jest wynikiem lokalnych odkształceń lastycznych związanych z ruchem dyslokacji, segregacją ierwiastków i węglików, wydzieleniami i wtrąceniami na granicach ziaren, rocesami dyfuzyjnymi, rzemianami fazowymi i innymi zmianami strukturalnymi owodującymi siętrzenia narężeń i lokalne obszary ulastycznienia, a w konsekwencji inicjującymi rozwój rocesu uszkodzeń. Doskonalenie metod omiarowych i oszukiwanie dobrze określonej i mierzalnej miary uszkodzenia materiału, określanie trwałości i wytrzymałości zmęczeniowej na odstawie czasu i rędkości rozwoju uszkodzeń w oszczególnych fazach rocesu

9 zniszczenia stanowi zasadniczy cel analizy uszkodzeń struktury materiału i zniszczenia od wływem różnorodnych obciążeń eksloatacyjnych. Akumulacja uszkodzeń zmęczeniowych i degradacja cech wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych w trakcie eksloatacji stanowi od lat istotny roblem raktyki inżynierskiej nierozłącznie związany ze zwiększaniem zakresu obciążeń cyklicznie zmiennych wynikających z rosnących rędkości ojazdów czy oszerzaniem douszczalnych arametrów racy maszyn i urządzeń. W całym rocesie uszkodzenia można wyróżnić okres oczątkowy, w którym materiał racuje w zakresie srężystym z lokalnymi obszarami lastycznym w otoczeniu koncentracji narężeń. Okres owstawania, owiększania się i łączenia małych ęknięć i wad struktury rowadzących do utworzenia ęknięcia dominującego. Trzeci okres to rozrzestrzenianie się ukształtowanego już ęknięcia w całym rzekroju konstrukcji. Obserwacja doświadczalna rozwoju uszkodzeń w każdym z tych trzech okresów wymaga innych technik omiarowych. Trudność zmierzenia stonia uszkodzenia materiału od wływem obciążeń związana jest z brakiem dobrze określonej, mierzalnej miary uszkodzenia, z lokalnym charakterem rocesu uszkodzeń i z różnymi mechanizmami generacji uszkodzeń związanymi z różnymi rodzajami obciążeń i różnymi warunkami eksloatacyjnymi. Badania rozwoju uszkodzeń materiałów były od samego oczątku związane z oszukiwaniem odowiedniej miary uszkodzenia. W badaniach doświadczalnych stosowano różne metody bezośrednie i ośrednie wykorzystujące metody otyczne, obserwacje zmian ola elektrycznego, magnetycznego, temeratury lub właściwości mechanicznych (n. modułu srężystości, gęstości). Część metod mechanicznych jest rzedstawiona i orównana w monografii J.Lemaitre [19], rzegląd różnych miar uszkodzenia oisanych w literaturze naukowej odali L.Yang i A.Fatami [20]. Metody te nie mają uniwersalnego charakteru i są dobierane w zależności od badanego okresu rozwoju uszkodzeń. Inne techniki omiarowe wykorzystuje się do obserwacja roagacji ojedynczej szczeliny, a inne do oceny stonia uszkodzeń struktury materiału. 2.1 Miara Kaczanowa Pierwszą miarę uszkodzeń zaroonował Kaczanow w 1958 roku [21]. Wrowadzony rzez niego arametr uszkodzeń stanowił bezośrednie odzwierciedlenie utworzonych ustek, ęknięć w materiale na wyróżnionej owierzchni krytycznej. Zgodnie z definicją Kaczanowa uszkodzenie określone było jak stosunek sumy owierzchni ustek i ęknięć leżących na wyróżnionej owierzchni krytycznej. δs D D = (2.1) δs Miara ta była bardzo rzydatna w rozważaniach teoretycznych. Wartość D = 0 oznaczała materiał bez uszkodzeń, a D = 1 materiał komletnie uszkodzony (owierzchnia ęknięć była taka sama jak owierzchnia rzekroju owierzchni odniesienia). Parametr ten można wyznaczyć tylko na odstawie niszczących omiarów metalograficznych, ale omiary są trudne, racochłonne i zasadne jest stwierdzenie, że jest to wielkość raktycznie niemierzalna. Trudność omiaru wynika nie tylko z trudności uwidocznienia ustek i ęknięć na owierzchni odniesienia, ale również na wyznaczeniu tej owierzchni odniesienia. 2.2 Pomiar efektywnego modułu srężystości Ocena stonia uszkodzeń materiału rzerowadzana była w sosób ośredni na odstawie omiarów zmian efektywnego modułu srężystości mierzonego rzy odciążaniu w różnych stadiach rocesu jednoosiowego rozciągania. Moduł efektywny określano z ~ zależności: E = E(1 D), skąd uszkodzenia materiału można wyznaczyć jako:

10 ~ E D = 1 (2.2) E 2.3 Pomiar rędkości fali ultradźwiękowej Prędkość rozchodzenia się fali odłużnej wzdłuż walcowej róbki wykonanej z izotroowego i liniowo srężystego materiału określona jest równaniem: 2 1 ν v = E L, ρ (1 + ν )(1 2ν ) gdzie E jest modułem srężystości, ρ jest gęstością materiału, a ν wsółczynnikiem Poissona. Mierząc rędkość rozchodzenia się fali odłużnej w róbce z uszkodzeniami dostajemy: ~ ~ 2 1 ν v = E L ~, ρ (1 + ν )(1 2ν ) gdzie E ~ i ~ ρ oznaczają odowiednio efektywny moduł srężystości i gęstość dla materiału z uszkodzeniami. Parametr uszkodzenie, rzy uwzględnieniu stałości wsółczynnika Poissona (materiał izotroowy), można obliczyć z zależności: ~ ~ ~ 2 E ρ vl D = 1 = 1 (2.3) 2 E ρ vl Sosób ten należy traktować jako niszczący ze względu na konieczność wycięcia róbek o określonej długości odniesienia obejmującej materiał z uszkodzoną strukturą. 2.4 Pomiar mikrotwardości Pośrednim sosobem oceny uszkodzenia materiału od wływem obciążeń jest omiar mikrotwardości Vicersa olegający na wciskaniu ostrosłua w owierzchnię badanego materiału. Ze względu na wielkość odcisku omiar mikrotwardości może być traktowany jako metoda nieniszcząca. Wciskanie ostrosłua wywołuje odkształcenia lastyczne w miejscu odcisku, a związek zmierzonej wartości twardości umożliwia ośrednią ocenę stonia uszkodzenia materiału orzez zmiany właściwości lastycznych materiału od wływem generowanych uszkodzeń. Wartość mikrotwardości definiowana jest jako stosunek siły wywieranej na ostrosłu do owierzchni odcisku. Mikrotwardość jest roorcjonalna do granicy lastyczności materiału. Porównanie mikrotwardości materiału z uszkodzeniami struktury H do mikrotwardości materiału bez uszkodzeń H* umożliwia określenie arametru uszkodzenia z zależności: D = 1 (2.4) H H* Definicja ta odzwierciedla wływ uszkodzeń na zmiany właściwości lastycznych materiałów konstrukcyjnych, a jej stosowanie jest ograniczone do owierzchni badanych materiałów. 2.5 Pomiar uszkodzeń na odstawie zmian gęstości Definicja uszkodzeń Kaczanowa jest bezośrednio związana ze zmianami gęstości badanego materiału. Powstanie ustek i ęknięć owoduje w bezośredni sosób zmianę średniej gęstości referencyjnej objętości materiału z uszkodzeniami. Zmiany gęstości wywołane generowaniem uszkodzeń są mierzalne z omiarów oartych na zasadzie Archimedesa, jak i z omiarów radiologicznych. Związek zmiany gęstości materiału z miarą uszkodzeń owierzchni według Kaczanowa (2.1) można wyrowadzić z elementarnych zależności. Z orównania masy sfery kulistej objętości o romieniu R bez uszkodzeń z taką samą masą tej samej sfery kulistej z mikroustką kulistą o romieniu r umożliwia wyznaczenie względnej zmiany gęstości:

11 4 3 ~ m = ρ πr = ρ π ( R + r ) 3 3 gdzie ρ i ~ ρ oznaczają odowiednio gęstość materiału bez i z uszkodzeniami. Względna zmiana gęstości wynosi: ~ 3 ρ ρ r =, 3 3 ρ R r a o uwzględnieniu definicji Kaczanowa (2.1) dostajemy związek miary uszkodzeń owierzchni odniesienia materiału ze zmiana jego gęstości w ostaci: δs D = δs D = π πr 3 3 ( R + r ) / 3 ~ 2 / 3 = R 3 r + r 3 ρ = 1 ρ 2.6 Pomiar uszkodzeń na odstawie zmian sadku otencjału elektrycznego Jeśli natężenie rądu elektrycznego w materiale z uszkodzeniami, odobnie zdefiniować jak efektywne narężenie, wykorzystując definicję uszkodzeń Kaczanowa to wówczas natężenie ~ i rądu łynącego w materiale z uszkodzeniami w stosunku do rądu w materiale bez uszkodzeń i można zaisać jako: ~ i i = 1 D Różnica otencjałów, zgodnie z rawem Ohma w elemencie o długości l, rzekroju s i oorności r wyrazi się dla materiału bez uszkodzeń w ostaci: l V = r i, s a dla materiału z uszkodzeniami w ostaci: ~ l ~ V = r~ i s gdzie ~ r jest oornością materiału z uszkodzeniami. Parametr uszkodzeń D można więc wyrazić jako: V ~ r D = 1 ~, (2.6.a) V r a o uwzględnieniu niewielkich zmian oorności względnej ( ~ r / r ) wywołana zmianą objętości materiału od wływem uszkodzeń możemy wyrazić miarę uszkodzenia w ostaci: V D 1 ~ (2.6) V Sosób takiego wyznaczania arametru uszkodzenia określa się jako metodę sadku otencjału. Metoda ta może być stosowana do wyznaczania arametru uszkodzenia w sensie Kaczanowa (2.6) jak i do omiarów długości wyizolowanej szczeliny w omiarach rędkości roagacji ęknięcia. Jest to jedna z metod olecana w normie wyznaczania odorności na ękanie. 2.7 Pomiar uszkodzeń na odstawie zmiany reakcji materiału rzy obciążeniach cyklicznych Wływ uszkodzeń na lastyczne właściwości materiałów konstrukcyjnych był również wykorzystywany do oceny stonia uszkodzeń materiału, zwłaszcza rzy obciążeniach cyklicznych w zakresie niskocyklowego zmęczenia. Zależność amlitudy narężeń σ i amlitudy odkształceń lastycznych ε w zakresie stabilnego rzebiegu cyklicznego rozciągania ściskania może być wyrażona w nastęującej ostaci otęgowej dla materiału bez uszkodzeń: 2 / 3 (2.5)

12 i dla materiału z uszkodzeniami jako: gdzie K i ε M są stałymi materiałowymi. ε = K σ = K M σ D (1 ) Parametr uszkodzenia D można wyznaczyć rzerowadzając testy rzy stałej amlitudzie odkształceń lastycznych o określeniu amlitudy narężenia σ * dla stabilnej ętli histerezy, a wiec o wyczeraniu efektu cyklicznego osłabienia lub wzmocnienia. Z orównania owyższych wzorów wynika, że arametr uszkodzenia określony jest zależnością: σ D = 1 (2.7) σ * Ocena uszkodzeń zgodnie z wzorem (2.7) dotyczy określonego sosobu obciążeń i odobnie jak większość wymienionych orzednio sosobów ma znaczenie głównie orównawcze i określa wływ uszkodzenia na zmianę określonej charakterystyki materiału. 2.8 Pomiar uszkodzeń na odstawie zmiany reakcji materiału rzy ełzaniu Pełzanie materiałów zachodzi rzy stałych obciążeniach i dla materiałów metalicznych wystęuje w temeraturach odwyższonych owyżej 1/3 temeratury tonienia. Proces ełzania można odzielić na trzy etay. W ierwszym rędkość odkształceń ełzania maleje. W drugim, ustalonym etaie ełzania rędkość odkształceń ełzania ma stałą wartość oisaną rawem Nortona zgodnie z oniższą zależnością: min σ ε = K, v w etaie trzecim rędkość odkształceń ełzania rośnie aż do zniszczenia róbki. Przyjmując rozoczęcie rocesu uszkodzeń w oczątku trzeciego okresu ełzania możemy wyrazić rędkość ełzania analogicznie do owyższego wzoru Nortona w ostaci: σ K v D ε = (1 ) skąd arametr uszkodzenia wyrazi się w formie: min D ε min = 1 ε gdzie ε jest minimalną rędkością odkształceń ełzania w danej róbie odowiadającą rędkości odkształceń ełzania drugiego etau. Pomiar ten odnosi się wyłącznie do badań ełzania i stosowany jest do oszacowania arametru uszkodzenia owstałego w róbie ełzania. Silnym założeniem jest rzyjęcie oczątku trzeciego okresu ełzania jako oczątek rozwoju uszkodzeń, co nie okrywa się z wynikami metalograficznych badań zmian struktury materiału w różnych fazach. 2.9 Ocena uszkodzeń na odstawie omiaru lokalnych odkształceń niesrężystych Przedstawione wyżej miary uszkodzeń materiałów konstrukcyjnych owstałych w wyniku obciążeń eksloatacyjnych są w zwartej formie oisane w literaturze [19, 20], a ich ocena i rzydatność w różnych rocesach uszkodzeń jest w dowciny sosób zarezentowana w monografii J.Lemaitre [19]. W raktyce inżynierskiej stosowane są jeszcze inne metody do 1/ N N N M (2.8)

13 oceny stonia degradacji właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych, a wśród nich te najbardziej rozowszechnione, jak metoda emisji akustycznej czy analizy drgań, metody magnetyczne, metody elektryczne w tym tak efektywną jak metoda rądów wirowych, metody termografii, różne odmiany metod radiologicznych i ultradźwiękowych oraz różne metody otyczne zarówno do bezośredniej obserwacji ęknięć i wad jak i wizualizacji ola odkształceń na owierzchniach badanych elementów. Każda z tych metod ma inny zakres zastosowań i dotyczy różnych zakresów rocesu uszkodzeń i zniszczenia oraz innych schematów obciążania i tym samym innych mechanizmów generacji uszkodzeń. Sosoby te zaliczyć należy do metod ośrednich, w których ocenia się wływ uszkodzeń struktury materiału na jego właściwości w określonym zakresie. Obiecującą i srawdzoną już w badaniach doświadczalnych jest roozycja definiowania arametru uszkodzenia na odstawie omiaru niesrężystych odkształceń generowanych w cyklu obciążenia [22]. Odkształcenia niesrężyste związane są z lokalnymi obszarami lastycznymi wokół ęknięć i są mierzalne od oczątku drugiego okresu owstawania i stabilnego wzrostu uszkodzeń. Technika ta, odobnie jak omiary zmiany odatności róbki umożliwia ciągłą rejestrację rozwoju uszkodzeń w całym zakresie żywotności róbki i stanowi dobre narzędzie analizy rocesu zniszczenia i degradacji właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych w trakcie eksloatacji. Dobrym rzykładem wykorzystania omiarów niesrężystych odkształceń rzy cyklicznym obciążania były badania [23] rocesu zniszczenia zmęczeniowego ewnego gatunku stali. Mała róbka klesydryczna zamocowana była w secjalnie zarojektowanym uchwycie zaewniającym osiowe rzenoszenie obciążeń z maszyny wytrzymałościowej i umożliwiającym obciążanie rzy symetrycznych cyklach rozciągania i ściskania. Mierzono zmianę średnicy róbki w trakcie cyklu obciążania, a rejestracja tych zmian jako funkcji liczby cykli umożliwiła śledzenie rozwoju uszkodzeń. Pomiar zmian średnicy daje w rezultacie sumaryczną ocenę rozwoju uszkodzeń w całym, najmniejszym rzekroju róbki. Odkształcenia niesrężyste związane z rozwojem odkształceń lastycznych wokół owiększanych i nowoowstałych ęknięć uzyskuje się z odjęcia odkształceń srężystych od mierzonych odkształceń całkowitych, a ich tyowy rzebieg w dwóch wybranych cyklach dla amlitudy narężeń równej 400 MPa rzedstawiono na rys. 9. Zestawienie wyników doświadczalnych dla różnych wartości amlitudy narężeń rzedstawiono we wsółrzędnych logarytmicznych na rys Narężenie [MPa] ε i -400 Cykl 32 Cykl Odkształcenie niesrężyste Odkształcenie niesrężyste 0,1 0,01 0,001 0,0001 Linia nukleacji uszkodzeń 530 MPa 500 MPa 450 MPa 450 MPa 400 MPa 400 MPa 350 MPa Zakres owstawania i rozwoju uszkodzeń Liczba cykli Linia łączenia się uszkodzeń Zakres rozwoju jednego, dominującego ęknięcia Rys. 9 Pętle odkształceń srężystych dla cyklu 32 i rzy stałej amlitudzie narężenia. Rys. 10 Trzy fazy rozwoju uszkodzeń mierzonych szerokością ętli odkształceń niesrężystych jako funkcji liczby cykli dla różnych amlitud narężenia. Zmierzone wartości odkształceń niesrężystych rzedstawione jako funkcje bieżącej liczby cykli układają się wyraźnie wzdłuż linii charakterystycznych dla trzech zakresów żywotności róbki, krótkiego zakresu bez rzyrostów odkształceń niesrężystych w kolejnych

14 cyklach, najdłuższego zakresu stabilnych rzyrostów odkształceń niesrężystych i krótkiego zakresu gwałtownego wzrostu odkształceń niesrężystych bezośrednio orzedzającego zniszczenie róbki. Punkty graniczne oszczególnych zakresów dla różnych amlitud narężeń wyznaczają linie obszarów owstawania i stabilnego wzrostu uszkodzeń i wzrostu jednego, dominującego ęknięcia. Zaletą rzedstawionego sosobu badań rocesu zniszczenia jest możliwość śledzenia różnych faz owstania i rozwoju uszkodzeń naturalnych, a nie tylko sztucznie inicjowanych. Dane doświadczalne umożliwiają określenie zależności aroksymujących rozwój uszkodzeń w oszczególnych jego fazach, jak i granice oszczególnych obszarów. Technika ta jest sójna z innymi sosobami oceny właściwości wytrzymałościowych materiałów, dając wartości graniczne zgodne z danymi krzywej Wölhera, czy wytrzymałości doraźnej wyznaczonej z krzywej jednoosiowego rozciągania. Najważniejszą jednak zaletą tej techniki jest możliwość rozszerzenia badań na inne jednoosiowe i złożone stany narężeń z uwzględnieniem nieroorcjonalnych ścieżek obciążeń. Umożliwi to rowadzenie badań doświadczalnych rzy zmiennych kierunkach narężeń w jednym cyklu obciążenia. Zmiana kierunku narężenia będzie uaktywniać różnie ukierunkowane w stosunku do osi róbki uszkodzenia, stwarzając w rezultacie krytyczne warunki rozwoju uszkodzeń w objętości róbki. Nieroorcjonalne obciążenia cykliczne będą stanowić krytyczny test rozwoju uszkodzeń ukształtowanych w rocesie wytwórczym ółwyrobu. Badania te będą rozwinięciem róby śledzenia rozwoju sztucznie utworzonego, ojedynczego ęknięcia oraz róby rozwoju uszkodzeń w wybranej łaszczyźnie związanej z zadanym i stałym kierunkiem narężenia w cyklu. 3. Podsumowanie Rozwój badań doświadczalnych rocesu zniszczenia materiałów konstrukcyjnych będzie koncentrował się, z jednej strony na dalszym oszukiwaniu właściwej, mierzalnej miary uszkodzeń umożliwiającej ocenę stonia uszkodzenia i degradacji właściwości wytrzymałościowych oraz na doskonaleniu technik omiarowych w tym zakresie. Przyjęcia lokalnych odkształceń niesrężystych w jednym cyklu obciążenia jako miary uszkodzenia jest zgodne z lokalnym charakterem rocesu uszkodzenia oraz z rzeświadczeniem, wynikającym z dotychczasowej wiedzy ekserymentalnej, że rozwój rocesu zniszczenia zmęczeniowego związany jest z odkształceniami lastycznymi generującymi ęknięcia i wady struktury. Miara ta umożliwia również kwalifikację i ocenę wływu różnorodnych mechanizmów i zmian strukturalnych na rozwój uszkodzeń rowadzących do zniszczenia. Punktem wyjścia takiej kwalifikacji jest stwierdzenie, że zmiany strukturalne rowadzące do owstania lokalnych odkształceń trwałych (niesrężystych) inicjują owstanie wad i ęknięć rowadzących do rozwoju zniszczenia materiału. Wykorzystanie zmian odkształceń niesrężystych i odatności róbki do oceny rozwoju uszkodzenia materiałów będzie w dalszym ciągu rozwijane. Z drugiej natomiast strony badania rocesów zniszczenia materiałów będą w znacznie szerszym stoniu rowadzone w złożonych stanach narężenia rzy stałych i zmiennych kierunkach narężenia w cyklu. Literatura 1. Z. L. Kowalewski, Exerimental evaluation of the influence of stress state tye on cree characteristics of coer at 523K, Arch. Mech., 47, 13-26, Z. L. Kowalewski, Cree ruture analysis of metals under comlex stress conditions, Proc. Conf. On Anisotroic Behaviour of Damaged Materials ABDM-2002, Kraków wrzesień 2002 (w druku). 3. H. S. Lamba, O. M. Sidebottom, Cyclic lasticity for nonroortional aths, ASME Journal of Engineering Materials and Technology, 100, , 1978.

15 4. D. L. McDiarmid, Fatigue under Out-of-Phase Bending and Torsion, Fatigue Fracture Engng. Mater. Struct., 9, 6, , Chr. Boller, T. Seeger, Materials data for cyclic loading. Part A: Unalloyed Steels, Materials Science Monograhs, 42A, Amsterdam Oxford New York -Tokyo, Elsevier L. Dietrich, Z. L. Kowalewski, On the cyclic surface of some engineering materials under comlex stress conditions, Arch. Mechanics, 50, 5, S. Calloch, D. Marquis, Additional hardening due to tension-torsion nonroortional loadings: Influence of the loading ath shae, Symosium on Multiaxial Fatigue and Deformation Testing Techniques, Denver, Colorado 15 May 1995, ASTM PCN , Philadelhia H. Dietmann, T. Bhongbhibhat, A. Schmidt, Multiaxial Behaviour of Steels inder In- Phase and Out-of-Phase Loading, including Different Wave Forms and Frequencies, Fatgue under Biaxial and Multiaxial Loading, ESIS10 (Edited by K. Kussmaul, D. McDiarmid and D. Socie), 1991, Mechanical Engineering Publications, London, R. Döring, J. Hoffmeyer, T. Seeger, M. Vormwald, Elastic-Plastic Deformation under Cyclic Nonroortional Loading as Prerequisite for Fatigue Life Prediction, Proceedings of the Eighth International Fatigue Congress, Editor A. F. Blom, 3-7 June 2002, Stckholm, vol. 1/ C. Quinton Bowles, Fracture and Structure, ASTM Handbook, vol. 19, Fatigue and Fracture, Section 1: Introduction, ASM International, 1996, A. Griffith, The Phenomena of Ruture and Flow in Solids, Phil. Trans. Roy. Soc. London, A, 221, 1920, E. Orowan, Zeitshrift der Physik, 89, 1934, G. R. Irwin, Fracture Dynamics, Trans. ASM, 40A, 1948, Methods for Crack Oening Dislacement (COD) Testing, DD 19: 1972, British Standards Institution. 15. Metoda badania odorności na ękanie w łaskim stanie odkształcenia - PN-87/H R. Gannon, What Really Sank the Titanic, Poular Science, Feb 1995, M. Heteny, Handbook of Exerimental Stress Analysis, John Wiley, Paul M. Mumford, Alication of Microcomuters to Mechanical Testing of Materials, Metal Progress, 118, 3, 1980, J. Lemaitre, A Course on Damage Mechanics, Sringer-Verlag, Berlin L. Yang, A. Fatemi, Cumulative Fatigue Damage Mechanisms and Quantifying Parameters: A Literature Review, J. Testing and Evaluation, 26, 2, 1998, L. M. Kaczanow, Introduction to Continuum Damage Mechanics, Martinus Nijhoff, The Niherlands, A. Fatemi, L. Yang, Cumulative fatigue damage and life redictions theories: a survey of the state of the art for homogeneous materials, Int. J. Fatigue, 20, 1, 1998, G. Socha, Exerimental investigation of fatigue cracks nucleation, growth and coalescence in structural steel, Int. J. Fatigue, 25, 2003,