Трещина Энергия образования

Возникновение трещины сопровождается образованием двух новых поверхностей с удельной поверхностно энергией ys, что требует затраты энергии [c.138]

В металлах распространение трещины связано с образованием пластической деформации в тонком слое около поверхности трещины, энергия на образование кото-, рой Ур существенно превышает энергию разрушения при упругой деформации у. Поэтому для металлов суммарная энергия на образование местной пластической деформации и разрушение мало отличается от энергии Yp (т. е. Yk=Yp+ Y Yp)- Из этих условий напряжение а , 24 [c.24]

К критическим замечаниям предложенной модели можно отнести следующие. Модель не позволяет точно определить, как напряжения в вершине трещины увеличивают скорость растворения. Из нее не ясно, как напряжения, достигшие значений /20, могут быть созданы вблизи вершины трещины, где определенно происходит релаксация напряжений в пластической зоне. Радиус кривизны трещины в ее вершине может быть измерен непосредственно. На энергию образования новых поверхностей при разрушении влияет пластическая деформация, происходящая вблизи вершины трещины, н поэтому она не может быть измерена непосредственно. [c.285]

Рост трещины молшо разделить на два этапа возникновение и распространение трещины. Если длина волокна, вытянутого из полимерной матрицы, по сравнению с областью разрушения является небольшой, работа в вершине трещины, затрачиваемая на раскрытие трещины, включает в себя Wf, Sm, Sr, d, S p. При этом энергия образования трещины и энергия ее распространения оказываются одинаковыми. Однако, когда длина вытянутого волокна соизмерима с областью процесса разрушения, энергия возникновения трещины является суммой величин f, С энергией развития трещины связана лишь величина Sp. [c.100]

Наиболее распространенное объяснение механизма влияния давления газовой среды на поведение материала при циклическом нагружении состоит в следующем. Развитию усталостной трещины в атмосферных условиях способствует слой газа или окислов, образующихся на поверхности трещины во время растягивающего полуцикла. Эти чужеродные слои препятствуют завариванию трещины в период сжатия. Ускорение развития трещины в подобных условиях может быть также объяснено снижением поверхностной энергии металла и расклинивающим эффектом окисной или другой фазы, находящейся в непосредственной близости от вершины растущей трещины. Скорость образования чужеродных слоев на поверхности раскрытой трещины при данной частоте нагружения зависит от давления газовой среды, вследствие чего сопротивление усталости увеличивается с улучшением вакуума. Ряд экспериментальных наблюдений, например [427 ] показывают, что возрастание долговечности в вакууме происходит более заметно при больших амплитудах циклической деформации. При малых амплитудах числа циклов до разрушения образцов в вакууме и на воздухе различаются гораздо меньше. Во многих случаях установлено, что повышение долговечности образцов с понижением давления газовой среды протекает не монотонно, а сравнительно резко только в определенном интервале давлений. Для технически чистого алюминия эта область давлений от 1,33 до 0,0133 (от 10" до 10 М.М рт. ст.). Удовлетворительное объяснение отмеченной закономерности пока отсутствует. При изучении усталости технического алюминия выяснилось, что на поверхности образцов, выдержавших в вакууме такое число циклов, которое приводило к разрушению материала на воздухе, отсутствовали усталостные макротрещины. Это наблюдение истолковано авторами работы [427] как свидетельство того, что давление газовой среды оказывает влияние не только на скорость развития усталостной трещины, но и на процесс их зарождения на поверхности металла. [c.438]

Для описания условий разрушения на стадии развития трещин при циклическом нагружении получили широкое распространение критерии линейной и нелинейной механики разрушения. В упругой области или при наличии малых пластических зон в вершине трещины наиболее широко используются силовые (коэффициент интенсивности напряжений п, щ) и энергетические (энергия образования единицы свободной поверхности у или энергия продвижения трещины на единицу длины б), а в случае развитых пластических деформаций (размер пластической зоны в вершине трещины соизмерим с ее длиной) применяются деформационные (критическое раскрытие трещины, предельная деформация в вершине трещины, коэффициент интенсивности деформаций, размер пластической зоны) и энергетические (/-интеграл) критерии. [c.26]

Энергия образования трещины намного больше необходимой для ее распространения 2. Поэтому для испытания хрупких инструментальных сталей используют образцы без надреза (КС). [c.41]

Появление трещины сопровождается образованием у пластины новой поверхности — поверхности трещины, площадь которой равна 2 2U. Двойка здесь учитывает, что трещина имеет две стороны. Так же, как и жидкости, твердые тела обладают поверхностным натяжением. Поэтому для образования новой поверхности необходимо затратить энергию, равную энергии поверхностного натяжения этой поверхности. Пусть 7 — энергия поверхностного натяжения, приходящаяся на единицу площади поверхности. Тогда [c.365]

Вычислялись и выводились на печать значения энергии, поглощаемой при микроразрушении и пластическом течении в конце трещины. Энергия микроразрушения рассчитывалась на каждом шаге по времени как произведение среднего, напряжения в ячейке на величину изменения ее объема вследствие образования и роста микроразрушений в течение промежутка времени, равного шагу по времени. Аналогично вычислялась пластическая энергия как произведение напряжений и пластической деформации. [c.130]

Когда значение С ехр F/kT), определяемое концентрацией примесей и энергией связи примесь — граница растет, и концентрация примесных атомов на границах зерен стремится к 1, в соответствии с выражением (41) поверхностная энергия образования межзеренных трещин [c.114]

Таким образом, уменьшение поверхностной энергии образования межзеренных трещин в результате межкристаллитной внутренней адсорбции "опасных" примесей должно проявляться в заметном уменьшении наклона прямых при разрушении в области температур, лежащей ниже нижнего порога хладноломкости. Измерения позволяют получить количественную оценку относительного уменьшения поверхностной энергии зарождения трещин в результате межкристаллитной внутренней адсорбции, а при некоторых предположениях относительно численного значения постоянной а в (48) — и абсолютные значения [c.137]

Как уже было отмечено, трещина развивается в том случае, если работа внешних сил при ее распространении обеспечивает энергию образования новой поверхности раздела и энергию локализованной пластической деформации в вершине трещины. Пластическая деформация в вершине медленно распространяющейся трещины совершается в результате перемещения дислокаций, порождаемых дислокационными источниками вблизи [c.177]

В первом приближении можно считать, что при развитии внезапного хрупкого разрушения должно освобождаться некоторое количество потенциальной энергии деформации детали и всех остальных частей системы, связанных с рассматриваемой деталью, причем эта энергия должна быть равна энергии образования новой свободной поверхности в виде двух сторон образующейся трещины 2Р = 2Р. Отсюда получаем статическое условие возникновения внезапного хрупкого разрушения деталей больших размеров [c.350]

Диапазон свариваемых толщин металла ограничен верхним пределом. С повышением толщины заготовки необходимо использовать колебания большей амплитуды для компенсации потерь энергии в толще материала. Увеличение же амплитуды допустимо до определенного предела, связанного с опасностью появления усталостных трещин и образованием значительных вмятин от инструмента на поверхности заготовок. Практически осуществляется сварка плоских элементов толщиной от [c.508]

Yg — энергия, затрачиваемая на движение дислокаций к вершине трещины и на отталкивание противоположных концов петель от вершины Т/г — энергия для продвижения трещины в направлении участков петель дислокаций, испытывающих притяжение к вершине — энергия образования ступенек на поверхности трещины при пересечении с винтовыми компонентами дислокаций Tgb — энергия, идущая на разрывы и искажения в области границы зерна при пересечении ее трещиной. Тогда критерий Гриффитса для разрушения примет вид [c.75]

Величина, стоящая справа в этом равенстве, не зависит от выбора контура дС. Для доказательства этого составим уравнение энергии для области, не содержащей вершины трещины. Пусть это будет область С , ограниченная кривыми дС, и отрезками берегов трещины, заключенными между этими кривыми, т. е. дС = дС и дС у и АВ и А В (рис. 1.6). Так как эта область не содержит конца трещины, энергия Я, необходимая для образования новых поверхностей трещины, равна нулю. Это значит, что [c.27]

Значения энергий образования зародышевой трещины в металле, находящемся в твердом и твердо-жидком состояниях (эрг/см ) [c.112]

Таким образом, процессы формирования зон переходного поверхностного слоя в процессе диссипации энергии нагружения в области вершины трещины протекают посредством структурных фазовых переходов второго рода (например, аморфизация материала у вершины трещины и образование структур предплавления). Фрактальная структура различных зон поверхностных переходных слоев подразумевает значительный разброс (флуктуации) по размерам дефектов в переходном слое. Поэтому вблизи вершины кончика трещины присутствуют микронесплошности и поры, способные в локальной области самостоятельно генерировать процесс достройки структуры поверхностного переходного слоя. В данном случае наблюдается опережающее образование микротрещин вблизи кончика генеральной трещины. [c.131]

На рис. 12.14 изображен кончик трещины, где для наглядности связь на отрыв между продолжениями берегов трещины осуществлена с помощью условных связей, моделирующих межатомные силы взаимодействия реального тела. Для того чтобы трещина смогла продвинуться на dZ, эти связи на длине dZ должны быть разрушены, для чего надо затратить определенную работу d . Гриффитс представил эту работу в виде произведения d = 27dZ-l, где у— плотность энергии образования свободной поверхности тела 2dM —площадь добавочной свободной поверхности у двух берегов подросшей трещины (размер, перпендикулярный чертежу, принят равным единице). Таким образом, по Гриффитсу, 7 — это константа материала, характеризующая удельную работу разрушения межатомных связей при отрыве. В общем случае напишем для приращения работы разрушения выражение [c.384]

В реальных условиях процесс образования и развития трещин в связи с концентрацией напряжений в вершине трещины всегда сопровождается пластическими деформациями и часть высвобождаемой эн(фгии упругой деформации идет на образование не только поверхностного натяжения, но и узкой пластической зоны в окрестности трещины. Поэтому для пластичных материалов 2уА/ включает в себя и работу по пластическому деформированию, т. е. y = == Тг + 7n.i. где Yr — поверхностное натяжение по Гриффитсу, а Yii.i — удельная энергия образования пластической зоны (Ирвин, Орован). [c.186]

Как следует из этого выражения, трещина распространяется в том случае, если энергия упругой деформации 8Е, возникающей. под действием приложенной нагрузки, превосходит сум(марную энергию образования новой поверхности 5а и энергию, затрачиваемую на пластическую деформацию материала 8 №. Энергия деформации накапливается в области, расположеяяой радиально вокруг вершины трещины (рис. 5). Ирвин [40] показал, что величину 8Е можно определить Э1Копериментально и вычислить скорость высвобождения энергии упругой деформации О, которая является основным критерием устойчивости материала к разрушению. [c.98]

В оригинальной работе Гриффитса величина у определена как поверхностная энергия материала без учета того, что в эту величину могут быть включены и другие способы поглощения энергии. Однако позднее было обнаружено, что образованию поверхностей трещин в металлах сопутствует также значительная пластическая деформация, и Орован [48] включил в величину у работу, необходимую для движения дислокаций, возникающих около поверхностей развивающейся трещины. В металлах поглощенная в результате пластической деформации у фронта трещины энергия превышает поверхностную энергию на несколько порядков. [c.17]

Благоприятное влияние никеля и марганца на хладостой-кость стали объясняется тем, что эти элементы в оптимальном количестве (около 1%) увеличивают подвижность дислокаций никель — уменьшая энергию взаимодействия дислокации с атомами внедрения, марганец — задерживая азот и снижая его содержание в атмосферах Коттрелла. Повышение в составе стали марганца, никеля приводит к понижению как работы зарождения йэ, так и работы распространения Др трещины вследствие образования промежуточных игольчатых структур при охлаждении аустенита. [c.41]

При режимах, характеризующихся отклонением параметров процесса от оптимальных в сторону увеличения температуры, давления и времени выдержки, реализуется излишняя степень взаимодействия, что приводит к охрупчиванию матрицы и к облегчению условий распространения трещин через границу раздела компонентов, Механизм разрушения комиозиционного материала в этом случае определяется главным образом пластичностью матрицы, так как для развития трещины, возникшей ири разрыве наименее прочных волокон, необходимо, чтобы энергия деформации материала при распространении трещин превышала сумму энергии пластической деформации в устье трещины и энергии образования новых поверхностей [63], При реализации такого механизма разрушения (разрушение по слабейшему звену) формируется плоская поверхность излома, локализованная обычно в плоскости, 10 [c.10]

Условия распространения трещины определяются кинетикой напряженного и деформированного состояний в вершине трещины при заданных условиях нагружения. Напряженное и деформированное состояния в вершине трещины могут быть охарактеризованы коэффициентами интенсивности напряжений К и деформаций К1е., определяемыми соответственно зависимостями (6.1) и (1.88). При этом скорость развития трещин может быть описана, как было показано ранее (см. 1.3), либо через силовые (коэффициент интенсивности напряжений ЛГ1), либо через деформационные (критическое раскрытие трещины б,., размер пластической зоны номинальная деформация е , максимальная деформация в вершине трещины ётах, Коэффициент интенсивности деформаций Ки)г либо через энергетические критерии (энергия образования единицы свободной поверхности у, энергия продвижения трещины на единицу длины С и /-интеграл). Кроме того, для описания скорости развития трещины, особенно если речь идет о циклическом нагружении, могут быть привлечены представления о предельно накопленном повреждении в вершине трещины, которое рассчитывается по соответствующим критериям, например по критериям в деформационных терминах, учитывающих накопление усталостных, квазистатических повреждений и повреждений, определяемых работой остаточных микронапряжевий (см. зависимости (6.8) и (6.10)). [c.238]

В 40-х годах нашего столетия интерес к теории Гриффита возродился при анализе серии катастрофических хрупких разрушений стальных судовых конструкций, и его идеи были существенно развиты другими исследователями, в первую очередь Орованом [2] и Ирвином [3]. В идеально хрупких телах термодинамическая поверхностная энергия соответствует энергии, затрачиваемой на образование единицы поверхности при росте трещины. Однако в реальных материалах, за редким исключением, при образовании новой поверхности при росте трещины энергия может поглощать- [c.53]

В случае растворителей и химически активных сред (кривая 5) механизм разрушения имеет в основном не термофлуктуационный характер, а обусловлен физико-химическим взаимодействием среды с полимером. Существующие в вершинах трещин перенапряжения активируют это взаимодействие по сравнению с остальной поверхностью образца. Роль напряжения на этом участке сводится, кроме активации процесса физико-химического взаимодействия среды и полимера, также к раскрытию трещин и облегчению доступа среды к их вершинам. Механизм разрушения полимеров в средах, обладающих только поверхностно-активным действием (кривая 2), по мнению большинства исследователей [52, с. 74 53, с. 52 56], с которым следует согласиться, является термофлуктуацион-ным. Среда в этом случае должна снижать энергию образования новых поверхностей раздела при росте трещин или оказывать дополнительное расклинивающее действие (см. раздел IV. 5). [c.131]

Теория дислокаций применяется для развития физических теорий хрупкого, длительного статического и усталостного разрушений. При этом принимают, что трещина возникает при движении дислокаций в результате взаимодействия силовых полей, окружающих дислокации, нли вследствие концентрации напряжений в зоне дислокаций. Напряжение развития трещин возрастает с уменьшением величины зерна. После возникновения трещины процесс ее развития определяется соотношением между подведенпох к зоне вблизи вершины трещины энергией (от нагружающей системы, напр, иснытат. маишны, и от соседних с трещиной объемов тела) н эпергие , поглощенной на развитие трещины, затрачиваемой на образование новых поверхностей разрушения как в изломе, так и в соседних трещинах, на структурные изменения вблизи излома, рассеяние тепла и т. д. [c.106]

Н. А. Каном и Е. А. Имбембо на корабельной верфи в Бруклине в Нью-Йорке. Это испытание, описанное в ряде статей (Кан и Имбембо, 1948, 1949, 1950 гг.), выполняли на обычной разрывной машине при контролируемых температурах, но образец имел специальную форму (рис. 13). Основная цель испытания — отделить энергию перед образованием трещины (энергия возникновения трещины) от энергии после образования трещины (энергия распространения трещины). Первая составляющая энергии прак- [c.382]

Между зонами имеются переходные участки, на рис. 6.4 они заштрихованы. Таким образом можно утверждать, что высвобождающаяся в вершине трещины энергия идет на образование шероховатой поверхности. Это обстоятельство может быть решающим противоречием идеализированной модели динамического разрушения, так как в ней при подсчете энергии разрушения плотность этой энергии умножается на площадь разрушенной поверхности, которая берется равной произведению длины трещины на толщину образца. На самом же деле площадь разрушенной поверхности с учетом шероховатости не такая. Попьгг- [c.165]

Приведенный выше анализ задачи о трещине и сформулированный на его основе критерий (1.7) относятся к так называемому силовому подходу в теории трещин [10, 186]. В случае хрупкого и квазихрупкого разрушения силовой подход равносилен энергетическому, исторически возникшему раньше в работах Гриффитса [181, 182]. Гриффитс изучал разрушение хрупких материалов и получил критерий роста трещины из следующих соображений. Деформируемое тело с трещиной при заданных нагрузках обладает определенной энергией деформации. Рост трещины сопровождается образованием новых поверхностей и, следовательно, приращением поверхностной энергии, происходящим за счет одновременного изменения (убьши) энергии деформации (поскольку предполагается, что разрушение происходит хрупко, то отсутствуют необратимые деформации и иных стоков энергии, помимо образования поверхностей трещины, нет). Пусть для образования единицы новой поверхности трещины требуется поверхностная энергия Обозначим через dU изменение энергии деформации тела при увеличении площади поверхностей трещины на 2SS. Тогда в соответствии со сказанным [c.80]

Согласно представлениям Гриффита [448] и А. Ф. Иоффе [129] прн разрушении твердого материала за счет преодоления сил взаимодействия между элементами его структуры изменяется потенциальная энергия системы на величину энергии образования новой поверхности (поверхности разрушения). Энергия образования единицы поверхности разрушения при равновесном состоянии равна поверхностному натяжению. Когда энергия деформации, вызывающая изменение потенциальной энергии, равна или превосходит поверхностное натяжение, должно происходить разрушение (критерий Гриффита) [448]. В реальном материале имеются неоднородности структуры, или дефекты , например микротрещины различных размеров и ориентации. На краях трещин создается концентрация напряжений. Фактическое напряжение при условиях, в которых для идеального материала возникли бы однородные деформации и напряжения, в реальном материале оказывается распределенным неоднородно. Перенапряженпя на краях трещин (дефектов или других неоднородностей структуры) создают условия для нача.ла разрушения в первую очередь на этих участках. Разрушение происходит при средних макроскопических напряжениях, рассчитанных на основании измеренных нагрузок и перемещений в предположении об однородности материала, характеризующих техническую ироч-ность и оказывающихся, естественно, меньше, чем фактические разрушающие локальные напряжения, действующие на участках их концентрации (очагах разрушения). Этим и объясняется заниженное значение определяемой таким путем прочности по сравнению с теоретической. [c.183]

Согласно Гриффитсу, трещина будет развиваться, если уменьшение упругой энергии равно энергии, необходимой для образования новой поверхности трещины. Энергия упругой деформации Ув на единицу толщины пластины равна [c.308]

Чтобы выявить роль эффекта адсорбционного понижения прочности в процессе образования горячих трещин, найдем эненргию, необходимую для образования зародышевой трещины в сварном шве при наличии и в отсутствие расплава. Согласно взглядам Эборэлла и Грегори [187], возможны четыре случая разрушения транс-кристаллитное и межкристаллитное появление трещины при участии расплава и без него. К этому, пожалуй, следует добавить возможность образования трещины в самом расплаве. Для всех этих случаев энергия образования зародышевой трещины определяется следующим образом [187, 188] [c.110]

Специально выделенная и отмеченная в формуле (5) постоянная [/(, в классической теории упругости совершенно несущественна и обычно полагается равной нулю. В более общем случае постоянную 17о необходимо учитывать, и ее нельзя рассматривать как аддитивную геличину для отдельных частей тела при фактическом разделении тела на различные части. Это связано с тем, что всякое разделение тела на части, измельчение тела и т. п. связано с затратами внешней энергии. В первом приближении неаддитивность полной внутренней энергии 7 можно учитывать через постоянную / . Учет изменения 17д при изменении поверхности тела при образовании трещин, при образовании и развитии дислокаций и при разрушении тела имеет первостепенное значение. [c.469]

Полное изменение энергии рассматриваемой системы тело + трещина при образовании новой свободной поверхности есть сумма (5Э+(5П, где —изменение потенциальной энергии тела при нодрастании трещины (т.е. освободившаяся потенциальная энергия тела прп образовании новой свободной поверхности трещины), (5П — поверхностная энергия, которую необходимо затратить на преодоление межатомных связей соседних атомных слоев для образования новой свободной поверхности трещины. [c.92]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...