ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Тонкостенные н толстостенные сосуды из "Сопротивление материалов " Предельная прочность, выраженная в напряжениях, как уже было выяснено, составляет, грубо говоря, одну десятую от модуля упругости (где больше, где меньше, в зависимости от характера химических связей и структурных особенностей материала). [c.317] В принципе о существовании предельной прочности материалов физикам было известно очень давно. Но только в 1920 г. инженер Гриффитс сделал попытку — причем успешную — практически п]шблизиться к предельной прочности. И в качестве модельного материала он избрал стекло. [c.317] Надо сказать, что стекло в домашнем обиходе своей необычайной хрупкостью уже настолько себя скомпрометировало, что только усилием воли можно заставить себя смотреть на него как на полезный конструкционный материал даже сейчас, когда мы знаем, как много высокопрочных конструкций создается на базе стекловолокна. [c.317] Стекло при испытании на растяжение показывает обычно значение предела прочности адр 120—150 МПа. Но если вытягивать из него на горелке все более и более тонкие образцы, то обнаруживается характерная зависимость по мере уменьшения диаметра образца предел прочности начинает возрастать сначала незаметно, а затем, по мере дальнейшего утончения уже не прутка, а нити, все быстрее и быстрее. Так у Гриффитса и получилось. Прочность нитей диаметром 2,5 мкм уже оказалась равной 6000 МПа. Это — если испытать нить сразу после изготовления. Если же повременить, то предел прочности снижался до 3500 МПа. Нити, более тонкие чем 2,5 мкм, Гриффитс изготовить не мог. В то время нельзя было бы точно определить и их диаметр. Но экстраполируя зависимость предела прочности в область малой толш,ины, Гриффитс пришел к выводу, что, судя по ходу кривой, есть надежда для очень тонких нитей получить предел прочности около 11 ООО МПа, в то время как расчетная предельная прочность стекла составляет примерно 14 ООО МПа. [c.317] Хочется добавить, что употребленное выше слово выбирая не следует понимать как перебирая и, тем более, перекладывая . Надо иметь в виду, что даже лишь прикасаясь пальцами к заготовленной нити, мы можем резко снизить ее прочность. Невидимая острая пылинка минерального происхождения, застрявшая в кожном покрове, способна нанести ей роковые поверхностные повреждения. С пЬмощью электронного микроскопа уже фотографировались ветвистые царапины такого рода и возможность их возникновения не подвергается сомнениям. [c.318] Есть еще одна причина образования микротрещин в стеклянных нитях. Стекло не имеет кристаллической структуры, но некоторую склонность кристаллизоваться в твердом состоянии все же сохраняет. И порой эта склонность может себя нет-нет да и проявить. Начало же всякой кристаллизации связано с местным изменением объема. Возникает микротрещина, что и проявляется в том, что выдержка нити снижает ее прочность так же, как и неизбежное соприкосновение с соседними нитями или с окружающими предметами. [c.318] За последние десятилетия было выполнено много работ в попытках приблизиться к предельной прочности и не только со стеклом, но и со многими другими материалами, в том числе и с металлами. Вьггягивались из расплава нити, выращивались идеальные нитевидные кристаллы, были созданы приборы для испытания на прочность микрообразцов длиной менее миллиметра. Возможность приближения к предельной прочности подтверждалась, волновала и вселяла радужные надежды. Но по мере накопления знаний, как всегда, начинали брать верх реалистические соображения. [c.318] Прежде всего возникает вопрос насколько в реальных условиях следует приближаться к предельной прочности Действительно, чем выше мы поднимемся по более и более крутому склону к вершине прочности, тем легче сорваться. Какой толк в прочности, которая боится инфекции , вносимой даже прикосновением пальца. Наверное, нам нужна не только прочность, но и надежность, которая находит свое выражение в достаточной вязкости материала, а может, JI еще в каких-то пока не названных качествах. [c.318] И второй вопрос. Если предельная прочность для основных конструкционных материалов количественно составляет примерно десятую часть модуля упругости, то это значит, что в эксплуатационных условиях все конструкционные материалы будут иметь деформации, соответственно приближающиеся к 10%. Как видим, находясь на верхних этажах прочности, мы весьма заметно теряем в жесткости. Сможет ли, например, легкий и весьма прочный коленчатый вал двигателя нормально работать, если возникающие в нем деформации измеряются несколькими процентами. [c.319] Таким образом, для практических целей важен не только предел прочности. Есть еще ряд механических характеристик, как самостоятельных, так и связанных с прочностью. И их необходимо принимать во внимание. [c.319] Сейчас в практику машиностроения внедрено много металлов и металлических сплавов, высококачественных и прочных. Но все металлы без исключения обладают одной характерной и вместе с тем неприятной особенностью. С повышением прочности их вязкость, как правило, падает. Оно и понятно. Упрочняя материал путем легируюш 1Х добавок или термообработкой, мы в той или иной мере ограничиваем дислокационные перемещения, а они-то как раз и придают материалу вязкость. Они способствуют рассеянию энергии на фронте трещины. Значит, следует попытаться найти или искусственно создать еще какие-то формы рассеяния энергии, препятствующие распространению трещин. [c.319] Находкой нашего века явилось создание микронеодно-родных структур — композитов, где развитию трещин поставлен заслон в виде высокопрочных волокон. Матрица прочно связана с нитями, и развивающаяся трещина не может их обойти и не может продвинуться дальше, не разрушив их. Это — все равно, что попробовать расколоть полено, предварительно вбив в него поперек хотя бы несколько гвоздей. Таким образом, обнаруживается путь повышения вязкости при высокой прочности. Но значение композитов не только в этом. [c.319] Пределах в зависимости от фазового состава и от методов технологической обработки. [c.321] В табл. 10 приведены перечисленные характеристики для трех групп конструкционных материалов. Первые две — металлы и полимеры. Третью группу образуют неорганические и неметаллические вещества, для обобщения часто называемые керамикой. С последней их роднит минеральное происхождение и высокая температура обработки. В последнем столбце таблицы приведена относительная жесткость веществ. Это — отноьиение модуля упругости к удельному весу. Для наглядности удельная жесткость каждого вещества отнесена к удельной жесткости железа. [c.321] Относительная жесткость металлов, как видим, изменяется в достаточно узком интервале. Исключение составляет ниобий. Он имеет очень низкую удельную жесткость. В обратную сторону резко выделяется бериллий, и к нему в последнее время приковано серьезное внимание в авиационной и ракетно-космической технике. Есть надежда, что прочность нитей бериллия можно будет поднять переводом в аморфное состояние. И все было бы хорошо, но беда заключается в тoк ич ю ти бериллия, и это заставляет принимать специальные меры безопасности в цехах обработки. Пока неизвестно, что возьмет верх — преимущества или недостатки. [c.321] Полимеры делятся на ДЕ1е подгруппы аморфные полимеры — эпоксидные смолы и оргстекло и не столь широко известные кристаллические полимеры. Первые используются в качестве связующего. Кристаллические же полимеры имеют высокую удельную жесткость и прочность и позволяют создавать на их базе специальное органоволокно. [c.321] Композит — это не совсем материал. Это — часть конструкции, выполняющая функции материала н отвечающая на вопрос Из чего сделано Композит заставляет пересмотреть наше отношение не только к веществам, но и к производственному процессу в целом. [c.322] Из названных в табл. 10 веществ не представляет особого труда изготовить множество самых разнообразных образцов композитов — прутков, плоских моиослоев или трубок. Можно, например, сделать образец молибдена с сапфировыми нитями, хотя молибден и более тугоплавок, чем сапфир. Такие образцы можно испытывать, можно определять их модули и предел прочности. Существует специальная литература по вопросам испытания композитных образцов. Имеется большая литература, где даются как приближенные, так и уточненные способы расчетного определения прочности и жесткости композитов по характеристикам составляющих. [c.322] Но в том-то и дело, что создать образцы композита и изготовить из композита деталь машины — далеко не одно и то же. Композит не изготовляется заранее. Он готовится вместе с деталью и, образуясь сам, образует деталь. И на поставленный вопрос, какие же комбинации из упомянутых веществ следует предпочесть, ответ может быть только один такие, которые позволяют изготовить эту деталь и к тому же могут обеспечить ее высокое качество. Вопрос слишком общий, чтобы можно было дать на него определенный ответ. Все зависит от способа изготовления, если он существует, от особенностей детали, от условий производства. [c.322] Вернуться к основной статье