Оглавление:
Механизм хрупкого разрушения
- Механизм хрупкого разрушения. Гриффит предложил следующее объяснение хрупкого разрушения в 1921-м. Представим себе тарелку с достаточно большими размерами. Эта пластина растягивается в одном направлении натяжением o, и ее края фиксируются, как показано на рисунке. Потенциальная энергия 268 пластин на единицу площади равна 2/2, в зависимости от величины, полученной при
умножении устойчивой энергии. Представим себе, что имеются трещины в направлении, перпендикулярном направлению, простирающемуся до пластины. Эта трещина не сильно изменяет распределение напряжений большинства пластин, но вблизи трещины снижает общий уровень напряжения(на
краях единственным линейным размером, характеризующим трещину, Людмила Фирмаль
является ее длина I, а величина U должна быть произведением удельной энергии области).、 — ^ТЕЛЕВИДЕНИЕ- Рис 268 альбом в целом п-к-2е’ Используя решение задачи теории упругости о растяжении полосы с трещинами, Гриффит находит величину k, которая равна l / 2, но для нас она не имеет значения, так как рост трещин сопровождается уменьшением потенциальной энергии пластины, так что все трещины склоняются к низкому состоянию наиболее образование свободных поверхностей связано с появлением энергии поверхностного натяжения. Допустим, трещина длины Z
увеличивается на AZ. Потенциальная энергия уменьшается на величину DCZ, а энергия поверхностного натяжения увеличивается на 2SAZ. Если установлено, что уменьшение потенциальной энергии больше, чем увеличение поверхностной энергии, то трещина самопроизвольно образуется по теории интенсивности 408[гл. XVII Увеличение. Уравнивая эти два значения, находим критическую длину трещины. Из уравнения k — ^=2S выглядит так: 4=^. (183.1) С точки зрения этой теории, прочность материала по отношению к хрупкому разрушению определяется наличием микротрещин. Добавляя формулу (183.1) вместо длины
- микротрещин, можно определить напряжение, при котором эта трещина растет и приводит к хрупкому разрушению. Теория Гриффиса объясняет так называемый эффект масштабирования, наблюдаемый при хрупком разрушении. Этот эффект выше, чем в случае больших образцов, где разрывное напряжение малых образцов выше, а крупные изделия отличаются размерами микротрещин, имеющихся в материале на основе лабораторных экспериментов образцов из одного и того же материала, а их распределение носит случайный характер и подчиняется законам статистики. Большие трещины редки, но теория Гриффита требует, чтобы было очень мало более длинных трещин, чем
критическая длина, чтобы начать разрушение. Вероятность обнаружения такой трещины в теле значительного объема больше, чем у тела небольшого размера. Эти соображения привели к разработке многочисленных статистических теорий прочности, в которых величина разрушающего напряжения и его зависимость от его размеров оцениваются с помощью теории вероятностей. Теория Гриффиса была экспериментально проверена, чтобы дать удовлетворительные результаты на стекле.
Для металлов теория исходной формы почти не применима. В нормальных условиях Людмила Фирмаль
разрушению металлов всегда предшествует некоторая пластическая деформация, поэтому одна из возможных схем такого рода рассмотрена Строхом (1954), где пластическая деформация может привести к возникновению и развитию трещин хрупкого разрушения. Прежде всего, это видно из схемы образования граничных дислокаций, как показано на рисунке, отмечая, что область растягивающего напряжения всегда возникает вблизи граничных дислокаций, и если дислокация положительна, то она
максимизируется в вертикальной линии, проходящей через центр дислокации снизу. 91 (случай d) (§ 67), обозначенный на фиг. 269§ 183j механизм хрупкого разрушения 409 Как показано в главе 69, группа дислокаций, вызванных источником Фрэнка Рида и задержанных препятствием, может быть представлена в виде группы граничных дислокаций, показанных на рисунке. На рисунке 100 повторяется. № 270 в зоне под препятствием, на которую приходится крайняя дислокация, возникает растягивающее напряжение. Так как эти
напряжения приложены от всех дислокаций, то они возрастают с увеличением их числа, а последнее возрастает с увеличением тангенциального напряжения т на поверхности скольжения. Самая большая прочность на растяжение получена в Некоторые прямые ТП. Эти напряжения могут быть достаточно большими для образования трещин вдоль ТП. Тогда дислокации имеют свободу перемещения, и каждая из них, достигнув края трещины, вызывает дополнительное раскрытие трещины за счет смещения кристаллической части, расположенной выше и ниже поверхности скольжения, трещина длиной 270, b, L имеет форму клина с основанием nb. Переход
из состояния а в состояние в возможен только в том случае, если энергия этих состояний одинакова. В этом состоянии речь идет об энергии группы дислокаций на поверхностях скольжения, которые удерживаются напряжением t; если B вокруг трещины, то энергия трещины, состоящая из меньшей энергии упругости и энергии поверхностного натяжения, принимает минимум некоторой длины трещины L. когда минимальное значение энергии трещины равно энергии группы дислокаций, условие инициирования трещины найдено. В результате расчета Стро получил следующие оценки.410 теория прочности[гл. XVII Тангенциальное напряжение поверхности
скольжения, на которой появляется трещина: t=(183.2) как видим, для образования трещин необходимо иметь достаточно большое количество дислокаций, например, для меди получается l=1000. Длина трещины в то же время Один. ns6sS8L (1-в) г (183.3) Эта трещина отличается от рассмотренной в схеме Гриффиса тем, что она находится в равновесном состоянии, а ее длина соответствует минимуму потенциальной энергии, поэтому она будет сохранена. Последующее развитие идеи Гриффиса происходит следующим образом. Конец трещины является причиной концентрации
напряжений, которая достигает очень большой величины в упругом теле. Таким образом, вблизи конца трещины образуется область пластической деформации, и при распространении трещины эта область смещается, так что все новые объемные материалы пластически деформируются, а затем, одновременно, осуществляется необратимая работа. Ясно, что величина этой работы пропорциональна увеличению длины трещины; если последняя увеличивается на D/, то работа пластической деформации выражается точно так же, как и приращение энергии поверхностного натяжения. Под действием этой энергии в сочетании с половиной пластической
деформации в процессе эволюции трещин на единицу площади, а не Энергии поверхностного натяжения на единицу площади, формула была изменена.（181.1）、（181.2）、（181.3） поэтому значение 5 следует рассматривать как константу материала, подлежащего экспериментальному определению; анализ пластического напряженного состояния окончания трещины и теоретический расчет величины пластической деформации
затруднены. Пересмотренная теория Гриффиса дает более реалистичную оценку длины равновесной трещины в соответствии с условиями образования и уравнением (183.3) микротрещин по механизмам дислокации, в то время как эта теория может объяснить катастрофические трещины в структуре*мягкой стали, которые иногда приводят к очень серьезным авариям. Известно и описано в литературе, когда огромный резервуар для хранения нефтепродуктов разрывается сверху донизу без выраженной пластической деформации. Очевидно, что разрушение началось в месте концентрации напряжений или некоторой случайной
§ 184]прочности при низкой температуре 41G Из этого дефекта первые трещины были неустойчивыми. В форте во время войны произошло несколько аварий в американском флоте, когда корабль буквально разломился пополам.
Смотрите также:
| Опыты на сжатие | Влияние различных факторов на результаты ударной пробы |
| Теория прочности Мора | Основные понятия о влиянии переменных напряжений на прочность материала |
