Šíření dlouhých únavových trhlin v austenitické oceli při smykových módech II a III

Abstract

Práce je zaměřena na realizaci experimentu umožňujícího současné zatěžování vzorku kruhového průřezu ve smykových módech II a III. Postup experimentu byl navržen tak, aby byl co nejvíce potlačen vliv zavíraní trhliny při cyklickém zatěžování a získané prahové hodnoty rozkmitu faktoru intenzity napětí tak odpovídaly efektivním prahovým hodnotám. Toho bylo dosaženo za pomocí unikátních experimentálních přípravků a postupů přípravy iniciační trhliny u vzorků s~obvodovým vrubem, vyrobených z korozivzdorné austenitické oceli. Takto získané hodnoty je poté možno aplikovat na teoretické modely s podporou molekulární dynamiky a ab inicio. Na základě získaných poznatků bylo zjištěno, že šíření trhliny v austenitické oceli probíhá dle zákonitostí dekohezního modelu. Pro kvantitativní analýzu lomových ploch vytvořených ve smykových módech II a III bylo využito metod optické chromatografie a 3D stereofotogrametrie, které umožnily srovnání morfologií, vytvořených jednotlivými smykovými módy. Pro vyhodnocení morfologie lomových ploch vytvořených (staticky, resp. cyklicky) iniciační trhlinou byly použity vybrané drsnostní parametry. V rámci experimentálních prací byl rovněž navržen mechanismus umožňující předpovídat směr vyhnutí trhliny v módu II.

This work is focused on the realization of experiment allowing simultaneous loading under mode II and III in a single circular specimen. Proposed experiment allowed to minimize crack closure during the cyclic loading and obtained values of thresholds of stress intensity range can be considered to be very close to effective values. This was attained by means of an unique experimental devices and procedure of preparation of pre-crack of specimen with circumferential notch, which was made of stainless austenitic steel. The obtained values were compared with theoretical models with the support of molecular dynamics and ab-anitio calculation. Based on observation was found out, that fatigue crack propagation is controlled by decohesion model in austenitic steel. The morphology of fracture surfaces was studied by means of optical chromatographie and 3D stereophotogrammetry, which allowed a comparison of created morphology under shear modes II and III. Morphology of fracture surface formed (static and cyclic loading) by pre-crack was also studied by means of selected roughness parameters. The mechanism of deflection (kink) of crack growth under mode II was defined.