где С и n - коэффициенты Пэриса; - эффективный размах коэффициента интенсивности напряжения, соответствующий открытой трещине

Kmax - Kор

Рис. 1. Зависимость между приложенным к образцу напряжением и раскрытием берегов трещины (а), а также схема формы цикла внешней нагрузки (б) и коэффициента интенсивности напряжения (в).

В зависимости от конкретных условий реализации закрытия трещины связывают с несколькими механизмами. Первый из них предложен В.Элбером, который заметил отличие реальной усталостной трещины от идеальной, т.е. острого надреза нулевой ширины надр. Оно заключается в наличии на берегах реальной усталостной трещины пластически деформируемого материала (рис. 2). Поэтому при однократном нагружении до одинаковых значений коэффициента интенсивности напряжения раскрытие берегов реальной усталостной трещины тр (рис. 2, а) меньше, чем идеальной (рис. 2, б). Если предположить, что в полуцикле разгрузки раскрытия реальной и идеальной трещин будет уменьшаться в равной степени, то берега усталостной трещины сомкнуться раньше полного снятия нагрузки. Поэтому, согласно В. Элберу, усталостная трещина закрывается при положительном значении приложенного извне напряжения благодаря наличию на ее берегах определенного объема пластически деформированного материала, увеличенного по сравнению с исходным недеформируемым, и воздействия на этот объем неразрушенной части сечения.

Рис. 2. Конфигурация пластичной зоны в реальной (а) и идеальной (б) усталостных трещинах.

Описанный механизм закрытия, именуемый закрытие трещин обусловленное пластичностью ( ЗТП ), характерен для вязких материалов, нагружаемых в условиях плоского напряженного состояния. Однако с концепцией ЗТП не согласуется многократно подтвержденный экспериментами факт усиления закрытия усталостной трещины по мере снижения размаха коэффициента интенсивности напряжения и перехода к росту усталостной трещины в условиях плоского деформированного состояния. Противоречия между модельными представлениями о процессе закрытия трещин и результатами испытаний позднее были устранены благодаря открытию двух дополнительных механизмов закрытия трещины, характерных для припорогового роста усталостной трещины. Один из них учитывает роль окисления берегов трещины и классифицируется как закрытие трещины обусловленное оксидообразованием ( ЗТО ). Наличие в областях изломов, соответствующих припороговой скорости роста усталостной трещины, хорошо различимых визуально продуктов коррозии. Кроме того, было зафиксировано замедление припорогового роста усталостной трещины в коррозиционой среде по сравнению с воздухом. На основании проведенных на воздухе и в дистиллированной воде исследований роста усталостной трещины в стали, пришли к выводу о том, что образующиеся вблизи вершины трещины продукты окисления могут оказывать расклинивающее влияние аналогично остаточной деформации и тем самым снижать эффективный размах коэффициента интенсивности напряжения в вершине трещины, а также скорость ее роста.

На основании простой модели жесткого клина постоянной толщины а, находящегося внутри трещины длиной l на расстоянии 2с позади ее вершины (рис. 3), сделана попытка аналитической оценки роли коррозионных отложений в усилении закрытия трещины. На основании упругой модели с использованием сингулярных интегральных уравнений или функции напряжений Вестергаарда получено выражение для коэффициента интенсивности напряжения в вершине трещины с клином, учитывающее только механическое расклинивание трещины и игнорирующее пластичность материала и шероховатость поверхностей излома: