ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оценка технической. .прочности и вязкости разрушения некоторых материалов из "Механика хрупкого разрушения " Одной из основных проблем материаловедения и металлургии является создание материалов с наибольшей вязкостью разрушения и наибольшей прочностью. Последнее требование выражено не вполне четко, так как прочность не является константой материала. Поэтому будем различать два понятия металлургическую прочность и конструкционную прочность. Под первой понимается (обычно приводимое в справочниках по материалам) значение прочности, полученное на гладких лабораторных образцах определенных размеров из материала в состоянии поставки. Прочность изделия из этого же материала (конструкционная прочность) иногда оказывается существенно меньшей. Особенно часто это происходит при приближении к области хрупкого разрушения. [c.197] Дефекты, служащие причиной разрушения образца или конструкции, можно условно разделить на дефекты, образующиеся в металлургическом процессе (или в каком-либо другом процессе создания заготовок материала), дефекты, создаваемые в технологическом процессе сборки конструкции, и дефекты, которые могут возникать или развиваться в процессе эксплуатации конструкции (например, коррозионные или усталостные трещины). [c.197] Наличие опасных дефектов технологического и эксплуатационного происхождения как раз и объясняет обычно кажущуюся преждевременной поломку конструкции. [c.197] Прочность конструкции всегда представляет собой некоторую случайную величину, так как, во-первых, точное расположение всех дефектов заранее неизвестно, а, во-вторых, если бы это расположение и было точно известно, решение соответствующей математической задачи было бы невозможно из-за ее сложности. [c.197] Первый подход ближе к теории трещин (в нем подчеркивается физическая природа прочности) второй подход более формален, он ближе к теориям прочности в сопротивлении материалов. Указанные подходы имеют несколько различные области применения. [c.198] Допустим, что в процессе изготовления или эксплуатации конструкции в ней не возникли более опасные дефекты, чем металлургические, а характерный линейный размер конструкции велик по сравнению с размером зерна материала и размером дефекта. В этом случае применимость второго подхода не вызывает сомнения. Именно этот подход разрабатывается в большинстве исследований, посвященных статистическим вопросам прочности. [c.198] Представляют интерес оценки величины вязкости разрушения и прочности, имеющие смысл для определенных классов материалов в определенных условиях. [c.199] Полученная оценка Кс, строго говоря, справедлива только для материалов, способных к неограниченному пластическому течению вплоть до окончательного разделения образца. Для большинства материалов ситуация, изображенная на нижнем рисунке, не реализуется поэтому формула (4.145) дает завышенную оценку. [c.200] Здесь величина V p значительно меньше максимальной величины (4.148) вследствие неспособности поверхностного слоя к выпучиванию. [c.201] Зависимости (4.148) и (4.149) охватывают весь диапазон толщин от нуля до бесконечности (рис. 64). Этот вид функции качественно хорошо описывает имеющиеся экспериментальные данные, однако вряд ли всегда можно ожидать хорошего количественного совпадения при всех h, поскольку теоретические соображения, лежащие в основе вывода этих формул, справедливы, строго говоря, лишь при очень малых и очень больших толщинах. Однако, если постоянные 0S, Yep, К, фигурирующие в формулах (4.148) и (4.149), выбирать из условий наилучшего согласия с опытом, то полученные зависимости дают также хорошее количественное описание опытных данных при всех h. [c.201] Следует подчеркнуть, что критерием, характеризующим толщину пластины, помимо параметра 1 = kLoo,1 является также безразмерный параметр A = hll, где I — длина трещины (или какой-либо другой характерный линейный размер поверхности пластины). Именно этот параметр характеризует выпучивание пластины, т. е. переход от решения, обладающего той же симметрией, что и граничные условия, к несимметричному решению. Трещины среза реализуются теоретически при А- 0, а чисто отрывные трещины — при А— -сх). Так как величина I не является локальным параметром, диаграммы типа изображенной на рис. 64 в общем случае имеют смысл только применительно к тому или другому кругу изучаемых конструкций и материалов бни не имеют универсального характера (в отличие от концепции Ki ). [c.201] Композитные гетерогенные материалы. Большинство важнейших конструкционных материалов относится к композитным материалам, состоящим из нескольких компонентов и имеющим весьма сложную внутреннюю структуру (неоднородную, анизотропную, со сложным распределением внутренних напряжений). В этот класс материалов нужно, прежде всего, включить металлы и их сплавы, затем металлопласты, стеклопластики, композиты на основе металла и углерода, металла и кремния и т.д. [c.202] Введем понятие структурной ячейки. Структурной ячейкой будем называть минимальное по размерам образование материала, такое, что любое тело из данного материала можно считать склеенным из большого числа таких периодически повторяющихся в пространстве образований. Свойства материала в структурной ячейке меняются от точки к точке, однако в соответствующих точках любых двух ячеек одинаковы. [c.202] Структурную ячейку можно определить, например, так, чтобы граница ее (или область контакта ячеек) была наиболее прочной. [c.202] Реальный композитный материал в лучшем случае состоит из некоторого распределения более или менее подобных по свойствам образований, поэтому представление о стандартной для данного материала структурной ячейке с характерным размером do является некоторой идеализацией, оправдываемой лишь простотой получающихся выводов и оценок. [c.202] В сплавах такими ячейками чаще всего являются зерна основного металла и химически активных примесей, образовавшиеся из центров кристаллизации при отвердевании расплава роль прочностных барьеров на границах ячеек в некоторых случаях играют межкристаллитные пленки, образовавшиеся из химически неактивных атомов примесей, которые были оттеснены к границе в процессе роста зерен. [c.202] Здесь 0в — средняя прочность на разрыв структурной ячейки с характерным размером do, X — примерно постоянный множитель порядка единицы. [c.202] Здесь Рвз — средняя прочность одной армирующей нити (или стержня), п —среднее число нитей, приходящееся на единицу поверхности излома (нити рвались, когда трещина их перерезала), 0ВО — прочность связующего, е —объемная концентрация армирующей компоненты (нитей). [c.203] Прочность композита имеет порядок KiJVd, где d —характерный диаметр наиболее опасного трещиноподобного дефекта. [c.203] Вернуться к основной статье