ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Некоторые положения теории магистральных трещин Краткий очерк механики разрушения из "Разрушение стекла " В 1920 г. в докладах Английского королевского общества появилась работа Гриффитса [92] (дальнейшее ее развитие [93]), в которой рассматривалось энергетическое условие роста имеющейся в теле трещины — исходного дефекта. Это было первое математическое описание хрупкого разрушения . [c.8] Гриффитс отмечает, что рост трещины в растянутой пластинке возможен без работы внешних сил лишь при увеличении поверхностной энергии тела, вызванном приращением площади поверхности трещины, компенсирующемся уменьшением объемной потенциальной энергии деформации. Исходным толчком для этой работы послужило, по-видимому, известное несоответствие теоретической и реальной прочности кристаллов. Это несоответствие Б определенных пределах объясняется по теории Гриффитса наличием исходных дефектов. Условие Гриффитса являлось дополнительным к уравнениям теории упругости условием , при помощи которого задачи теории упругости о концентрации напряжений для тел с разрезами (граница которых состоит из одних и тех же индивидуальных точек) можно формулировать как задачи теории трещин, т. е. разрезов, способных распространяться. Таким образом, переход от расчета тел с разрезами к расчету тел с трещинами осуществляется после введения некоторого дополнительного положения о механизме разрушения [49, 97]. [c.8] В 40-х годах возрождается интерес к проблеме хрупкого разрушения (особенно в США) в связи с многочисленными разрушениями конструкций типа сварных судов, газовых и жидкостных трубопроводов, нефтяных баков, газгольдеров, кабин и емкостей транспортных средств с перепадом давления, мостов, промышленных зданий и других сооружений. Неприятная особенность хрупкого разрушения, помимо его внезапности, состоит в том, что быстрое развитие трещин может происходить при напряжениях, значительно меньших, чем временное сопротивление материала, и поэтому кажущихся безопасными. Особый толчок для экспериментальных и теоретических работ [122, 125, 126] и последующего введения характеристик материала, оценивающих его сопротивление росту трещин, дало понятие квазихрупкого разрушения, аналитически выразившееся в том, что в теории Гриффитса к удельной поверхностной энергии добавляется энергия, затраченная на пластическую деформацию малых объемов в окрестности вновь образующейся единицы площади поверхности трещин [37, 96]. Отмеченное распространение Орованом и Ирвином теории Гриффитса на ква-зихрупкое разрушение существенно расширило область ее применения, поскольку в металлических материалах наблюдается именно квазихрупкое разрушение. Идеально хрупкое (упругое) разрушение, т. е. без возникновения пластических деформаций вплоть до разрушения, можно наблюдать на таких материалах, как кварц, силикатное стекло и т. п. Скорость трещины а за-критическом состоянии впервые была вычислена Моттом, а затем Робертсом и Уэллсом [2]. [c.9] Совокупность теоретических и экспериментальных работ о макроскопических трещинах, объединенных единой методологией исследования, позволила говорить о создании новой области механики твердого тела — механики разрушения. Обстоятельный обзор работ по механике разрушения с изложением основных результатов сделан Д. Д. Ивлевым [18]. Современное состояние вопроса освещено в книгах [23, 28, 39, 40, 43, 49, 73]. [c.10] Наряду с механикой разрушения, рассматривающей магистральные макротрещины, размеры которых соизмеримы с размерами тела, интенсивно изучается процесс разрушения с позиций теории дислокаций [20, 21]. По существу это есть изучение механизма разрушения на самой ранней его стадии, которая предваряет образование макротрещины, поэтому оба подхода к изучению макро- и микроразрушения должны взаимно дополнять друг друга. Вводимая при решении некоторых задач модель трещины в виде распределенных дислокаций по существу есть математический аппарат для изучения макротрещины. [c.10] Значительное влияние на развитие механики разрушения оказали модели Дагдейла [88], М. Я. Леонова, В. В. Панасюка и П. М. Витвицкого [39], Уэллса, учитывающие наличие тонкой пластической зоны перед концом трещины и ее раскрытие. Критерий разрушения в этих моделях формулируется следующим образом. Трещина получает возможность распространяться, если расстояние между противоположными поверхностями трещины (раскрытие) в ее конце достигает предельной величины. [c.10] Большое значение имеют механические характеристики, оценивающие сопротивление материала развитию в нем трещин. Это введенный Ирвиным параметр вязкости разрушения, т. е. критические коэффициенты интенсивности напряжений Кс — для плоского напряженного состояния, Ki — для плоской деформации и пропорциональные им соответствующие значения поверхностной плотности энергии разрушения и Gi , называемые также вязкостью разрушения критическое раскрытие трещины или разрушающее смещение ударная вязкость образца с трещиной 2ту, введенная Б. А. Дроздовским [15]. [c.10] Знание законов механики разрушения в настоящее время позволяет рассчитать критические размеры трещин и изломов (или критические нагрузки, соответствующие данным размерам трещин) докритический рост трещины, возникающий вследствие пластической деформации у конца трещины долговечность детали по числу циклов при многократном нагружении, а также оценить и выбрать материал или его состояние по сопротивлению развитию трещины. [c.11] Назрела также необходимость создания метода расчета на прочность деталей конструкций на стадии разрушения (т. е. с допущением макроскопических трещин), который может быть использован в работе конструкторских бюро. [c.11] Расчет на прочность на стадии разрушения выгодно отличается от обычных классических методов расчета на прочность тем, что разрушение рассматривается не как конечная точка процесса деформации, а как самостоятельный процесс, накладывающийся на упругую и другие виды деформаций, процесс, идущий во времени и под нагрузкой. [c.11] Вернуться к основной статье