ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Введение в природу разрушения из "Физическая природа разрушения 1997 " Это не такая уж неправдоподобная ситуация. В декабре 1977 года морозы достигали -44 °С. В это время на Череповецком химзаводе произошла серьезная авария на произ-водстае серной кислоты. Произошел разрыв стенки сушильной башни с образованием магистральной трещины длиной около 7 метров и шириной от 3 до 5 мм (рис. [c.18] В 1978 году обрушился мост в городе Туре, рухнув на пляж. Тросы лопнули в тот момент, когда на мост въехал нагруженный двумя легковыми автомобилями и мотоциклом грузовик. [c.18] танкеры, океанские лайнеры, космические корабли - все эти конструкции, казалось бы, доскональнейшим образом просчитанные на функционирование в различных ситуациях, имеют тенденцию время от времени самопроизвольно разрушаться. [c.18] На начальном этапе своего развития описание всех процессов зарождения и развития трещин осуществлялось таким образом, как если бы трещины были прямыми отрезками и линиями. Такие трещины можно описывать асимптотическими уравнениями. Это была линейная механика разрушения. В ней рассматривалось исключительно хрупкое разрушение, происходящее при росте трещины без заметных пластических деформаций материала. Это послужило первым приближением к описанию ргзрушения. [c.19] В отличие от хрупкого вязкое разрушение, возникающее в результате пластической информации, менее опасно, поскольку его начальные стадии бывают хорошо заметны визуально. Например, при вязком разрушении какого-либо сосуда под давлением Р, в нем появляются выпучины, заметив которые мы можем остановить работу сосуда до его полного разрушения, которое может провести к катастрофе. Если же разрушение будет хрупким, даже при часто проводимом тщательном внешнем осмотре сосуда мы не сможем визуально обнаружить каких-либо предвестников разрушения. Тогда разрушение может произойти совершенно неожиданно для нас. [c.19] Так возникла нелинейная механика разрушения - дисциплина, более адекватно описывающая процессы разрушения. Ее возникновение было бы невозможно без новейших исследований поведения и свойств фрактальных структур, а также развития такой науки, как синергетика. Сийергетика изучает процессы эволюции и самоорганизации сложных систем Основное ее преимущество заключается в том, что принципы, выработанные синергетикой, мог т быть применимы к различным областям знания, и на ее основе можно применять методологию междисциплинарного подхода. [c.20] Природа устроена очень гармонично. Тот путь, который с на использует для создания чего-либо, она применяет (только в обратном порядке) и для разрушения. При разливе вина бутылку сначала зак-упоривают пробкой, затем для герметичности обклеивают пленкой (раньше бутылки запечатывали сверху сургучом). Открывая бутылку вина, попробуйте вынуть пробку наружу раньше, чем вы снимете пленку. Если это кому-то удастся проделать, мы будем вынуждены признать свою неправоту. А пока мы все же уэверждаем, что механизмы разрушения материалов закладываются в процессе их формирования. Этот простой закон действует повсеместно. [c.20] В природе в свободном виде содержатся в основном окп слы металлов, Конструкционные металлические материалы получают при выплавке путем восстановления окислов до чистых металлов. Далее готовому металлу придают требуемую форму конструкции. После этого металлическая конструкция, прослужив определенное время, разрушается и под воздействием кислорода окружающей среды постепенно вновь превращается в окислы. На рис. 8 показана эволюция металла, начиная от его естественного природного состояния в виде окислов через процесс получения чистого металла и до его полного разрушения и окисления. Траектория этой эволюции - замкнутый эллипс, но с учетом течения времени она разрывается и приобретает форму спирали. Отрезки траектории 1-2 и 2-3 обратно симметричны, что говорит о тесной взаимосвязи процессов формирования и разрушения. [c.20] Спиральный характер траектории неслучаен. Говорят, тo по спирали происходит движение мировой истории. Это может выражаться в периодическом возврате к одним и тем же идеям, однако с каждым витком повышается глубина осмысления этих идей, и на каясдом следующем витке они представляют из себя нечто другое по сравнению с предыдущим. Проведя аналогию с рис. 2, на котором изображена схема прохождения системой траектории синтез-аналнз-синтез , можно предположить, что на рис. 8 состояние металла в точке 3 по каким-то параметрам отличается от его состояния в точке 1. Это говорит о протекании в материи непрерывной эволюции. [c.20] Структура большинства металлических конструкционных материалов имеет несколько характерных масштабов, на которых мы можем четко выявить существование обособленных структурных элементов. Это указывает на то, что должно существовать несколько масштабных уровней разрушения этих материалов. В действительности так оно и происходит. Это связано с глобальной иерархичностью окружающего нас мира. Понимание многомас-штабности структуры металлов и тесной взаимосвязи и взаимовлияния различных масштабных уровней является одним из ключевых моментов в теории разрушения. [c.21] После рассмотрения принципа иерархичности и фрактальных структур мы обратимся к процессам формирования конструкционных. материалов Изч чив механизмы к-ристаллизации и определив 1Характерные структурные уровни организации металлических материалов, нам легче будет рассматривать уже непосредственно процессы разрушения, о которых пойдет речь в заключительной главе. [c.21] В человеческом обществе каждый человек занимает определенную социальную ступень и постоянно стремится вверх по социальной лестнице Все взаимоотношения в обществе строятся на основании подчинения субъектов низшего звена субъектам более высокого звена Само же общество напоминает пирамиду, Б основании которой находятся наиболее многочисленные мелкие сошки , а на вершине - один или несколько боссов . Такой принцип построения называется иерархическим. [c.22] В отличие от систем, построенных на личном авторитете, системы, построенные на иерархическом принципе, являются наиболее живучими и могут существовать веками, естественным образом видоизменяясь во времени и приспосабливаясь к новым условиям. Основная причина этого - наличие перспективы роста. Человек, единожды включенный в такого рода систему, в конце концов строит свои жизненные планы в соответствии с ней и делает все возможное для ее процветания. В течение своей жизни он может переходить на все высшие иерархические ступени системы и, наконец, задержаться на одной из них. На рис. 9 схематично показана иерархическая система, включающая в себя три иерархических уровня. [c.22] Мы рассмотрели масштаб, привычный для непосредственного человеческого восприятия, и обнаружили множество иерархически устроенных систем. Иерархический принцип устройства характерен для всей материи как таковой. [c.23] Если система понимает, что какая-либо связь, установленная случайно между двумя и более элементами, является исключительно целесообразной, система может закрепить fee в вцде устойчивого образования и более не трансформировать. Это, естественно, уменьшает число вариантов перебора. [c.23] Иногда для описания сложных иерархических систем удобно применять фрактальный подход. [c.24] Свойство частей быть подобными всей структуре в целом называют самоподобием. Интервал еамопо-добия различных природных объектов может содержать масштабы от долей микрометра при рассмотрении структуры пористых горных пород [7] и сплавов металлов до десятков километров при рассмотрении рельефа местности [8] и формы облаков. В качестве примеров естественных (природных) фракталов можно привести деревья, облака, реку и разветвленную сеть ее притоков, систему кровообращения человека, морозные узоры на стекле и т.д. [c.25] Другим важным свойством фракталов является их иерархичность, т.е. способность повторяться в разных масштабах пространства и времени. Однако, сугцествует четкий критерии принадлежности объекта к фракталам - объект нельзя считать фрактапьным, если он не обладает свойством самоподобия, но можно - если он не иерархичен. [c.25] Вернуться к основной статье