Analiza odporności na pekanie materiałów warstwowych.

Publikacja dotyczy badań właściwości mechanicznych materiałów warstwowych, w szczególności układu AA2519 – AA1050 – Ti6Al4V zgrzewanego wybuchowo. Przedstawiono analizę stanu wiedzy, metody badań odporności na pękanie oraz metody badań właściwości mechanicznych w obniżonych temperaturach. Omówiono materiał warstwowy, badania wybranych właściwości mechanicznych, a także analizę wyników badań, w tym właściwości statycznych, odporności na pękanie, analizę przełomów i rozkładów naprężeń.

Spis Treści

1. WSTĘP . . . . . . . . . . str. 9
2. ANALIZA STANU WIEDZY . . . . . . . . . . str. 11
2.1. Podstawowe pojęcia i definicje . . . . . . . . . . str. 11
2.2. Badania właściwości mechanicznych materiałów warstwowych . . . . . . . . . . str. 14
2.3. Badania właściwości mechanicznych laminatów zawierających w składzie stopy aluminium . . . . . . . . . . str. 19
2.4. Badania właściwości mechanicznych laminatów zawierających w składzie stopy tytanu . . . . . . . . . . str. 21
2.5. Badania właściwości mechanicznych laminatów zbudowanych z wykorzystaniem stopów aluminium i stopów tytanu . . . . . . . . . . str. 23
2.6. Badania właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych w warunkach kriogenicznych . . . . . . . . . . str. 25
3. METODY BADAŃ ODPORNOŚCI NA PĘKANIE . . . . . . . . . . str. 27
3.1. Wyznaczanie dynamicznego krytycznego współczynnika intensywności naprężeń KId . . . . . . . . . . str. 27
3.2. Wyznaczanie odporności na pękanie z wykorzystaniem metody krytycznego rozwarcia szczeliny COD . . . . . . . . . . str. 28
3.3. Wyznaczanie odporności materiału na pękanie za pomocą metody krytycznej wartości współczynnika intensywności naprężeń KIc . . . . . . . . . . str. 28
3.4. Wyznaczanie odporności na pękanie z wykorzystaniem metody krytycznej wartości całki J . . . . . . . . . . str. 38
4. METODY BADAŃ WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH W OBNIŻONYCH TEMPERATURACH . . . . . . . . . . str. 43
4.1. Uzyskiwanie temperatury kriogenicznej poprzez schładzanie próbek i uchwytów w kąpieli z ciekłego azotu . . . . . . . . . . str. 43
4.2. Uzyskiwanie temperatury kriogenicznej poprzez schładzanie próbek i elementów mocujących w komorze kriogenicznej . . . . . . . . . . str. 44
5. MATERIAŁ WARSTWOWY AA2519 – AA1050 – Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 45
5.1. Stop aluminium AA2519 . . . . . . . . . . str. 46
5.2. Stop tytanu Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 47
5.3. Stop aluminium AA1050 . . . . . . . . . . str. 50
5.4. Materiał warstwowy Al – Ti . . . . . . . . . . str. 50
6. BADANIA WYBRANYCH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH ZGRZEWANEGO WYBUCHOWO MATERIAŁU WARSTWOWEGO AA2519 – AA1050 – Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 53
6.1. Stanowisko badawcze . . . . . . . . . . str. 53
6.2. Próbki do wyznaczania właściwości statycznych . . . . . . . . . . str. 55
6.3. Właściwości statyczne . . . . . . . . . . str. 56
6.3.1. Stop AA2519 . . . . . . . . . . str. 56
6.3.2. Stop Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 59
6.3.3. Materiał warstwowy Al – Ti . . . . . . . . . . str. 62
6.4. Odporność na pękanie w zakresie liniowo-sprężystym – maksymalna eksperymentalna oraz krytyczna wartości współczynnika intensywności naprężeń . . . . . . . . . . str. 65
6.4.1. Doświadczalna metoda analizy przemieszczeń wokół wierzchołka pęknięcia . . . . . . . . . . str. 65
6.4.2. Metoda generowania pęknięć zmęczeniowych . . . . . . . . . . str. 67
6.4.3. Metoda badań odporności na pękanie w zakresie liniowo-sprężystym . . . . . . . . . . str. 70
6.4.4. Próbki do wyznaczania odporności na pękanie . . . . . . . . . . str. 72
6.4.5. Przygotowanie pęknięć zmęczeniowych . . . . . . . . . . str. 73
6.4.6. Aluminium AA2519 . . . . . . . . . . str. 75
6.4.7. Tytan Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 76
6.4.8. Materiał warstwowy Al – Ti . . . . . . . . . . str. 78
6.5. Odporność na pękanie wyznaczona za pomocą metody maksymalnej eksperymentalnej wartości całki J – J . . . . . . . . . . str. 80
6.5.1. Metoda badań odporności na pękanie w zakresie sprężysto-plastycznym . . . . . . . . . . str. 81
6.5.2. Wyznaczanie długości pęknięcia w próbkach zwartych typu CT z wykorzystaniem metody zmiany podatności . . . . . . . . . . str. 82
6.5.3. Przygotowanie pęknięć zmęczeniowych . . . . . . . . . . str. 83
6.5.4. Aluminium AA2519 . . . . . . . . . . str. 85
6.5.5. Materiał warstwowy Al – Ti . . . . . . . . . . str. 86
7. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ . . . . . . . . . . str. 89
7.1. Analiza porównawcza właściwości statycznych materiałów bazowych i materiału warstwowego . . . . . . . . . . str. 89
7.1.1. Warunki otoczenia . . . . . . . . . . str. 89
7.1.2. Warunki kriogeniczne . . . . . . . . . . str. 91
7.2. Wpływ temperatury na właściwości statyczne analizowanych materiałów . . . . . . . . . . str. 93
7.2.1. Aluminium AA2519 . . . . . . . . . . str. 93
7.2.2. Tytan Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 94
7.2.3. Materiał warstwowy Al – Ti . . . . . . . . . . str. 96
7.3. Analiza porównawcza wielkości charakteryzujących odporności na pękanie materiału warstwowego i materiałów bazowych . . . . . . . . . . str. 97
7.3.1. Krytyczna oraz maksymalna eksperymentalna wartość współczynnika intensywności naprężeń . . . . . . . . . . str. 97
7.3.1.1. Warunki otoczenia . . . . . . . . . . str. 97
7.3.1.2. Warunki kriogeniczne . . . . . . . . . . str. 99
7.3.2. Maksymalna eksperymentalna wartość całki J . . . . . . . . . . str. 101
7.3.2.1. Warunki otoczenia . . . . . . . . . . str. 101
7.3.2.2. Warunki kriogeniczne . . . . . . . . . . str. 102
7.4. Wpływ temperatury na odporność na pękanie analizowanych materiałów . . . . . . . . . . str. 103
7.4.1. Krytyczna oraz maksymalna eksperymentalna wartość współczynnika intensywności naprężeń . . . . . . . . . . str. 103
7.4.1.1. Aluminium AA2519 . . . . . . . . . . str. 103
7.4.1.2. Tytan Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 105
7.4.1.3. Materiał warstwowy Al – Ti . . . . . . . . . . str. 106
7.4.2. Maksymalna eksperymentalna wartość całki J . . . . . . . . . . str. 108
7.4.2.1. Aluminium AA2519 . . . . . . . . . . str. 108
7.4.2.2. Materiał warstwowy Al – Ti . . . . . . . . . . str. 110
7.5. Analiza przełomów . . . . . . . . . . str. 114
7.5.1. Aluminium AA2519 . . . . . . . . . . str. 115
7.5.2. Tytan Ti6Al4V . . . . . . . . . . str. 117
7.6. Analiza rozkładów naprężeń i odkształceń wyznaczonych za pomocą metody elementów skończonych w badaniach krytycznej oraz maksymalnej eksperymentalnej wartości współczynnika intensywności naprężeń . . . . . . . . . . str. 119
7.6.1. Numeryczna analiza wyznaczania pól mechanicznych wokół wierzchołka pęknięcia . . . . . . . . . . str. 119
7.6.2. Analiza rozkładów naprężeń i odkształceń wyznaczonych za pomocą metody elementów skończonych w badaniach maksymalnej eksperymentalnej wartości współczynnika intensywności naprężeń . . . . . . . . . . str. 120
PODSUMOWANIE . . . . . . . . . . str. 131
LITERATURA . . . . . . . . . . str. 132
Streszczenie . . . . . . . . . . str. 145
Summary . . . . . . . . . . str. 146
Spis rysunków . . . . . . . . . . str. 147
Spis tabel . . . . . . . . . . str. 160