Что такое «эффект толщины»?

При растяжении плоских тонких образцов возникает плоское напряженное состояние и обычно разрушение происходит на продолжении трещины путем среза под углом 45° к лицевым поверхностям образца (площадки с максимальным касательным напряжением). Предварительно в области будущего разрушения происходит утяжка образца (местное утоньшение или шейка). Рост толщины образца приводит к стеснению (запрещению) деформации вдоль фронта трещины и появлению растягивающих напряжений также вдоль фронта трещины. Возникает трехосное растяжение, доля касательных напряжений уменьшается, появляется склонность к хрупкому разрушению путем отрыва. Это типично при плоской деформации, возникающей в плоских деталях большой толщины. На изломе появляются области прямого излома из-за разрушения отрывом, а у свободных лицевых поверхностей (где создаются условия плоского напряженного состояния) области косого излома (губы среза) из-за разрушения путем среза. Рост толщины образца приводит к падению К_c вплоть до величины К_lc которая с дальнейшим ростом толщины сохраняется постоянной. Поэтому К_lc считается постоянной материала.

В чем состоит ограниченность подхода линейной механики разрушения?

Линейная механика разрушения основывается на анализе напряжений упругости в телах, содержащих трещину. Такой подход допускает пластическое течение в небольших объемах, следовательно , существуют некоторые ограничения, связанные с использованием коэффициента интенсивности напряжений К при анализе разрушения тела с трещиной и определения характеристик сопротивления росту трещины. Наибольшее ограничение накладывается на интенсивность локального пластического течения у вершины трещины. Локальная зона пластической деформации у вершины трещины должна быть небольшой по сравнению с зоной справедливости коэффициента К (зоной концентрации или асимптотики напряжений), для которой применимы асимптотические соотношения напряжений упругости.

В зоне вокруг вершины трещины распределение напряжений- деформаций описывается асимптотическими уравнениями, и ее можно определить как К- зону. Уровень напряжений в этой зоне зависит только от величины коэффициента интенсивности напряжений К. В очень напряженной области вблизи вершины трещины будет развиваться пластическая деформация. Область, в пределах которой это происходит, определяется как пластическая зона. Наконец внутри пластической зоны в непосредственной близости от вершины трещины существует еще одна зона, где деформация больше и обычные допущения механики сплошной среды не применимы вследствие определенных явлений, таких как зарождение пор, их рост и слияние, а также образование микротрещин. Эта зона определяется как зона процесса механизма разрушения и мало схожа с пластической зоной.

Пластическая зона мала по сравнению с К-зоной. Если пластическое течение происходит в небольшом объеме , то можно показать (для данного материала), что размер, форма и распределение напряжений-деформаций в пластической зоне зависят от коэффициента интенсивности напряжений. При этом напряжения вне пластической зоны описываются асимптотическими уравнениями для полей напряжений и деформаций. Из этого следует, что, несмотря на наличие малой пластической зоны, процесс разрушения определяется величиной коэффициента К.