ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы О критериях откола из "Ударно-волновые явления в конденсированных средах " Различные эмпирические критерии [70 — 72], основанные, главным образом, на экспериментах с прямым наблюдением разрушения после соударения пластин, определяют возможность откола в зависимости от соотношения величины и длительности действующего импульса ударной нагрузки или его части в фазе растяжения. Отметим, однако, что закон изменения растягивающих напряжений определяется не только условиями нагружения, но и скоростью релаксации напряжений при разрушении. Трудно сказать, насколько общий характер могут иметь подобные критерии и в какой мере они сохраняются при переходе от одних параметров динамической нагрузки к другим. Наиболее предпочтительным был бы критерий с ясным физическим смыслом, который не только позволял бы оценивать возможность откола или предельные условия разрушения, но и мог бы быть использован для определения энергии осколков в запредельных условиях откола. [c.213] В этом отношении представляется наиболее содержательным и перспективным энергетический критерий [73, 74], основанный на сопоставлении работы разрушения и запаса энергии в теле. Под работой разрушения здесь понимается количество энергии, которое затрачивается на весь процесс разделения тела на части, отнесенное к единице площади сечения тела. [c.213] Инерциальное движение отколовшегося слоя тормозится силами связи периферийной его части с преградой (рис.5.37в). В результате действия краевых эффектов движение отколовшегося слоя может полностью прекратиться — преграда останется частично разрушенной, а на ее поверхности в области разрушения образуется характерный куполообразный выступ [78]. Для завершения отделения откольного элемента необходимы дополнительные затраты энергии, которая расходуется на пластическую деформацию откольного элемента и образование новой поверхности разрушения на его периферии (рис.5.37г). [c.217] Таким образом, наиболее вероятным местом отрыва откольного элемента от преграды являются его края. Следовательно, затраты энергии на отделение откольного элемента пропорциональны длине его окружности, и, очевидно, его толщине в зоне отрыва. Так как единственным источником энергии является инерциальное движение отколовшегося слоя, то критерием отрыва является соотношение остаточной (после образования магистральной трещины) кинетической энергии откольного слоя, величина которой пропорциональна его площади, и работы отрыва, пропорциональной длине его окружности. [c.218] Схождение радиальной волны растяжения к оси симметрии сопровождается ее усилением, что может вызвать образование сквозного отверстия в центре откольного элемента. В случае существенно неодномерного исходного импульса нагрузки большой интенсивности возможно дробление откольного элемента независимо от вклада краевых эффектов вследствие наличия в нем радиального градиента скорости. [c.218] Основная сложность задачи определения работы отрыва откольного элемента заключается в необходимости измерения начального запаса энергии в слое материала, различные участки которого вслед-ствии неоднородности импульса нагрузки движутся с различными скоростями. Нужно проводить большое количество трудоемких измерений скорости поверхности образца во многих точках вдоль его радиуса. Эта задача значительно упрощается, если организовать эксперименты таким образом, чтобы движение вещества в зоне измерений было практически одномерным до начала действия краевых эффектов. Такие условия реализуются путем ограничения зоны откола со стороны тыльной поверхности образца, нагружаемого импульсом одномерного сжатия. [c.218] Обычно наблюдаемые значения прочности объясняются наличием в материале гриффитсовых трещин микронных размеров. [c.221] Важным следствием определяющей роли дефектов в сопротивлении материалов разрушению является статистический характер прочности. Присутствие в фиксированном объеме тела дефектов разной степени опасности носит случайный характер. Согласно статистическим теориям прочности [85] разрушение происходит, когда среднее напряжение достигает порога прочности в на11более ослабленном сечении тела. Вероятность наличия в теле дефекта с пониженным сопротивлением разрушению возрастает с увеличением объема. Вследствие этого появляется зависимость средней прочности от размеров нагруженного тела, что хорошо согласуется с экспериментальными данными. [c.221] В условиях откола статистический характер прочности проявляется не в зависимости разрушающих напряжений от размеров тела, а в количестве инициируемых очагов разрушения при различных уровнях напряжения. Для того, чтобы запасенная в теле энергия была передана растущей трещине, нужно время. Вследствие ограниченности скорости механических возмущений отдельные крупные дефекты практически не оказывают существенного влияния на сопротивлению откольному разрушению материала в целом. [c.221] Величина максимального растягивающего напряжения является, по-видимому, основным параметром состояния, определяющим предельные условия и скорость разрушения материала. Для описания разрушения существенно, что по мере роста несплошностей пороговые напряжения, необходимые для дальнейшего развития процесса, снижаются. Поэтому степень разрушения в том или ином ее выражении должна бьггь вторым определяющим параметром. Роль пластической деформации не вполне ясна и, если она велика, по-видимому, в первом приближении может выражаться в деформационном упрочнении материала. В результате деформационного упрочнения возрастает возможная анизотропия напряженного состояния тела в целом и материала в окрестности концентраторов напряжений, являющихся потенциальными очагами разрушения, и тем самым достигается пороговое напряжение разрушения. Роль температуры несомненно важна с точки зрения возможности структурных превращений и плавления, но в пределах одного фазового состояния ее вклад при высокоскоростной деформации, по-видимому, много меньше, чем в обычных условиях. Поскольку в экспериментах наблюдалось влияние ориентации нагрузки относительно текстуры материала на сопротивление откольному разрушению, ориентационный фактор, вообще говоря, также должен быть включен в рассмотрение, то есть достаточно полное описание разрушения должно иметь тензорный характер [92]. [c.223] Работа над широкодиапазонным и исчерпывающим математическим описанием динамических разрушений ведется как путем построения более или менее упрощенных моделей явления, так и эмпирическим путем, основанным на углубленном анализе результатов измерений. При этом используется континуально-кинетический подход, согласно которому разрушение описывается посредством некоторых усредненных параметров как непрерывный процесс накопления повреждений. В качестве меры разрушения или поврежденности выбираются размеры или объЪм несплошностей, остаточная прочность материала или просто некоторые формальные параметры. [c.223] Процесс описывается макрокинетической зависимостью скорости разрушения от величины действующего напряжения и достигнутой степени разрушения. Обычно определяющие соотношения содержат несколько эмпирических констант материала, которые находятся путем сопоставления экспериментальных данных и результатов компьютерного моделирования экспериментов. Сравнительный анализ и подробную библиографию по моделям динамического разрушения можно найти в [92]. [c.224] ПО левую сторону от. плоскости откола на самом деле подавляется волной сжатия, образующейся в результате релаксации напряжений в этой плоскости. [c.227] В большинстве случаев профили скорости свободной поверхности не содержат измеримой задержки разрушения и участков заметной релаксации напряжений перед откольным импульсом. Следовательно, последнее соотношение описывает начальную, или близкую к начальной, скорость разрушения. Кроме того, крутизна фронта откольного импульса на экспериментальных профилях почти всегда примерно пропорциональна градиенту скорости в падающем импульсе. Это означает, что более быстрое начальное разрушение сопровождается пропорционально более б )I тpым разрушением на последующих стадиях процесса откола. [c.227] Для построения эмпирического определяющего соотношения могут быть также привлечены некоторые общие представления о механизме явления. Ясно, в частности, что скорость разрушения приближенно может быть представлена произведением концентрации очагов разрушения и средней скорости их роста. Реальные материалы содержат спектр разнообразных дефектов, способных инициировать разрушение. Более крупные дефекты активируются при сравнительно невысоких напряжениях, в то время как для инициирования разрушения на дефектах меньшего размера нужны более высокие напряжения. В соответствии с физическими моделями разрушения, которые обсуждались в этом разделе, последующий рост несплошностей может бьггь приближенно описан степенной функцией их объема с показателем меньше единицы и линейной функцией напряжения. [c.228] ЧИСЛОМ подэлементов, равным 2. Учитывалось падение модулей упругости и пределов текучести по мере развития разрушения. [c.229] Из рисунка видно, что данное простое эмпирическое определяющее соотношение обеспечивает хорошее согласие с экспериментальными данными в широком диапазоне длительностей ударно-волновой нагрузки. Отметим, что в расчетах формирование откольного импульса соответствовало степени пористости порядка 1% или меньше. Модель, разумеется, может бьггь усовершенствована с тем, в частности, чтобы уменьшить кажущуюся задержку разрушения. Однако всякое такое усовершенствование сопряжено с введением дополнительных параметров, для объективного определения которых нужна дополнительная информация. [c.229] Вернуться к основной статье