Характер разрушения при ветвлении трещины в аморфных полимерах

А.А.Алексеев, А.И. Левин, А.С. Сыромятникова (Якутск)

Для изучения перехода от прямолинейного распространения трещины к режиму ветвления были проведены экспериментальные работы по статическому нагружению образцов из полиметилметакрилата (ПММА). Были проведены механические испытания по динамическому распространению трещины в ПММА с режимом ветвления при различных температурно-временных условиях и фрактографический анализ динамического распространения трещины в ПММА при ее прямолинейном распространении и в режиме ветвления.

Эксперименты была проведены на универсальной разрывной машине INSTRON серии IX модели 4483. Проводились испытания на растяжение плоских образцов из ПММА с размерами 120х120х4 мм и 150х150х4 мм при температурах 20 0 С, -50 0 С. На образцы наносились инициаторы трещин шириной 1 мм, глубиной 3 мм с радиусом закругления в вершине трещины 0,1 мм. Охлаждение проводилось в температурной камере «INSTRON»-а до температуры -50 0 С. При достижении заданной температуры производилось нагружение образца со скоростью v=1 мм/мин до разрушения. В ходе эксперимента на 7 образцах из 10 получено ветвление трещины.

Проведен фрактографический анализ изломов образцов на растровом электронном микроскопе XL-20 Philips. Получена картина продвижения трещины по всей длине образца, которая позволяет проанализировать различные этапы продвижения трещины. На изломах образцов обнаружены четыре области – зеркальная, перьевая, шероховатая и ступенчатая.

На изломах образцов обнаружены четыре зоны – зеркальная, матовая, перьевая и ступенчатая. Установлено, что при высоких скоростях распространения трещины область, предшествующая её ветвлению, характеризуется зеркальным рельефом, переходящим в ступенчатый. Резкое замедление распространения основной трещины в результате ветвления, при котором часть упругой энергии системы расходуется на формирование области предразрушения вторичной трещины, приводит к появлению зеркальной зоны в области ветвления трещины.

Все ступеньки имеют один вид, периодичны. Средние размеры ступенек порядка 30 мкм. Ступеньки расположены перпендикулярно фронту распространения трещины. Ступенчатая область периодична: сначала появляются мелкие бороздки, которые сливаются в линии, а линии – в ступеньки со средними размерами в десятки микрон.

Ступенчатый рельеф поверхности разрушения образуется в результате взаимодействия фронтов магистральной и вторичной трещины, и соответственно, расстояние между бороздками определяется соотношением скоростей магистральной и вторичной трещины.