Экспериментальное исследование фрактальных закономерностей роста усталостной трещины и диссипации энергии в ее вершине

Статья посвящена исследованию зарождения и распространения усталостных трещин в титановых сплавах методом инфракрасной термографии при циклической нагрузке и с помощью анализа поверхности разрушения. Проведены две серии экспериментов на плоских гладких и на образцах с предварительно выращенной усталостной трещиной. Исследована пространственная и временная эволюция температуры в вершине трещины, определена форма пластической деформации и интенсивность тепловыделения. На основании результатов сравнительного анализа экспериментальных данных и уравнений линейной механики разрушения показано, что пространственная форма и характер диссипации тепла в зоне вершины трещины не соответствуют простой теоретической модели. В работе экспериментально получен эффект охлаждения за счет упругой деформации материала, а также исследованы особенности распределения напряжений в вершине трещины. Высокоскоростная съемка (на частоте 1 кГц) позволила определить интенсивность и форму зоны рассеиваемой энергии из-за пластической деформации в вершине трещины, а также сравнить скорость диссипации энергии для различных уровней напряжения. Разрушенные образцы исследовались с помощью электронного микроскопа и интерферометра New View для определения скейлинговых закономерностей образования и роста трещины. Полученные результаты позволяют нам проверить существующие модели неупругой деформации в вершине трещины, а также улучшить методы контроля накопления микроповреждений в процессе усталостного деформирования.