Поверхностное напряжение в твердых телах

Так как напряжение на поверхности концентрируется в вершине надреза или в области дефекта, там и происходит быстрый рост трещин. Поверхностные дефекты (например, питтинги или усталостные трещины) действуют как эффективные концентраторы напряжений. К тому же в достаточно глубоких поверхностных дефектах электрохимический потенциал, как отмечалось ранее, отличается от потенциала поверхности состав и pH раствора в местах поражений также изменяются вследствие работы элементов дифференциальной аэрации. Эти изменения в сочетании с повышенным локальным напряжением способны инициировать КРН или ускорить рост трещины. Именно поэтому титановые сплавы с гладкими поверхностями устойчивы к КРН в морской воде, но разрушаются, если на поверхности образовались коррозионноусталостные трещины [44]. Действительное напряжение в вершине трещины глубиной а в напряженном пластичном твердом теле может быть рассчитано как коэффициент интенсивности напряжения Ki- Для образца, изображенного на рис. 7.9, Ki вычисляется по формуле [45, 46] [c.146]

Для жидкостей поверхностное натяжение численно равно удельной свободной поверхностной энергии. Для твердых тел дело обстоит сложнее здесь наряду со скалярной величиной удельной поверхностной энергии, численно равной поверхностному натяжению, рассматривается еще и иная величина, связанная с существующими в поверхностных слоях механическими напряжениями и с шероховатостью, которые имеют тензорный характер. Поэтому для поверхностей твердых тел существует еще один термин - поверхностное напряжение. [c.114]

Иными словами, объемные сдвиги в твердой фазе приводят к увеличению поверхностного натяжения, и твердое тело в любом напряженном состоянии с точки зрения термодинамики может рассматриваться как подвергнутое действию всестороннего давления (сжатия или растяжения) в объеме при одновременном изменении его поверхностного натяжения. [c.24]

Количественное описание перемещения жидкости в данном случае затрудняется тем, что наряду с большой и быстро растущей трещиной, выросшей от первоначального разрыва в наиболее слабом месте, огромное число трещин должно возникать на берегах трещины (и поверхности тела). Это вытекает из изложенной теоретической схемы, поскольку для разрыва поверхностных связей твердого тела достаточно растянутой пленки смачивающей жидкости. Очевидно, что чем выше уровень нагрузок, тем большее число трещин возникает в твердом теле. При этом будут развиваться только такие трещины, плоскость которых перпендикулярна направлению растягивающих напряжений. [c.397]

Однако в отличие от жидкости, у которой поверхностное натяжение можно измерить по приложенному извне тангенциальному усилию, в случае твердого тела поверхностное натяжение в значительной степени является гипотетическим, ибо нет никаких прямых методов его измерения и нет ни одного простого способа перевода вещества из объема твердого тела в поверхностный слой с помощью какого-либо обратимого механического процесса [476, 477]. Кроме того, в твердом теле невозможно отделить поверхностные напряжения от объемных [478]. [c.176]

Рассмотрим теперь возможные варианты граничных интегральных уравнений на поверхностях трещин й. Как правило, поверхности трещин в твердых телах свободны от нагрузки. Граничная задача с заданной нагрузкой на берегах трещины получается, например, если исходная задача для тела с трещинами, берега которых свободны от нагрузки, представляется в виде суперпозиции двух задач для тела без трещин и для тела с трещинами, к берегам которых приложена нагрузка полученная из решения первой задачи, взятая с обратным знаком (см. разделы 3.2 и 3.3). Нагрузка на берегах трещин возникает также при учете контактного взаимодействия берегов трещин. В первом случае на берегах трещин задаются граничные условия в напряжениях (вторая краевая задача), во втором — условия с ограничениями в виде неравенств (5.6) (задачи типа Синьорини). Ниже будет показано, что решение задачи Синьорини приводит к последовательности граничных задач в напряжениях. Учитывая это, предположим, что на берегах трещин задана поверхностная нагрузка и граничные условия имеют вид [c.126]

Теория теплопроводности в твердых телах не является предметом этой книги. Полное изложение такой теории и решение большинства необходимых нам задач содержатся в книге [50]. Здесь будут суммированы лишь результаты. Будем интересоваться потоком тепла в полупространство через ограниченную область поверхности. Начнем с отыскания распределения температуры в полупространстве от точечного источника тепла, действующего на его поверхности. Так как уравнение теплопроводности линейное, то распределение температур от произвольного распределения тепла на поверхности можно найти как суперпозицию решений для точечных источников. Это аналогично тому, как распределения упругих напряжений от поверхностных усилий были определены в гл. 2 и 3 по решениям для сосредоточенной силы. [c.425]

Структурные превращения можно трактовать как рост одних кристаллитов твердого тела за счет других. Рекристаллизация — это процесс, протекающий в твердом теле после его деформации (например, после наклепа). Процесс идет вследствие уменьшения свободной энергии при превращении деформированных кристаллитов в свободные от внутренних напряжений кристаллы. Рост зерен осуществляется не за счет внутренних напряжений, а за счет уменьшения поверхностной энергии, происходящего при превращении малых кристаллитов в большие. [c.153]

В свете накопленных данных возникло предположение [3, 30], что в основе механизма КРН лежит не электрохимическое растворение металла, а ослабление когезионных связей между поверхностными атомами металла вследствие адсорбции компонентов среды. Этот механизм был назван адсорбционным. Так как хемосорбция специфична, разрушающие компоненты среды также обладают специфичностью. С уменьшением поверхностной энергии металла увеличивается тенденция к образованию трещин при растягивающих напряжениях. Следовательно, этот механизм соответствует критерию образования трещин на стекле и других хрупких твердых телах — так называемому критерию Гриффитса, согласно которому энергия деформации напряженного твердого тела должна превышать энергию общей увеличившейся поверхности, образованной зарождающейся трещиной [31 ]. Любая адсорбция, снижающая поверхностную энергию, должна способствовать образованию трещин, однако вода, адсорбированная на стекле, снижает напряжение, необходимое для растрескивания. [c.140]

Для абсолютного твердого тела при его невесомости вместо равенства нулю напряжения поверхностной силы в каждой точке его по- [c.237]

Кажется, что для невесомости тела необходима невесомость каждо его точки. Это приводит к требованию отсутствия взаимных давлений между точками тела или к отсутствию внутренних напряжений в теле. Но такие напряжения всегда имеются при невесомости вследствие естественной связи точек тела друг с другом, на которую можно влиять, например, термообработкой, изменением температуры и т. д. При невесомости тела как целого не обязательно отсутствие даже дополнительных напряжений, создаваемых движением тела. Достаточно равенства нулю напряжений в точках поверхности тела, создаваемых другими, соприкасающимися телами (связями), а для абсолютно твердого тела — равенства нулю главного вектора и главного момента поверхностных сил. [c.239]

Для абсолютно твердого тела при его невесомости вместо равенства нулю напряжения поверхностной силы в каждой точке его поверхности соприкосновения достаточно равенства нулю главного вектора и главного момента этих сил относительно любого центра приведения. [c.258]

Рассмотрим классический подход к связи прочности и поверхностной энергии для тела, имеющего дефект в виде микротрещины [63]. Рассмотрим твердое тело, а именно пластину единичной толщины, к которой приложено растягивающее напряжение р (в Шм ) (рис. 79). [c.126]

Если воображаемый идеальный кубический монокристалл находится под действием сжимающего поверхностного напряжения, то его деформация (рис. 6.17, а) эквивалентна действию усилия, приложенного к каждому ребру куба. В действительности для реальных поверхностей твердых тел подобных [c.302]

Важнейшей эмиссионной характеристикой твердых тел является работа выхода еср (е — заряд электрона, Ф — потенциал), равная минимальной энергии, которая необходима для перемещения электрона с поверхности Ферми в теле в вакуум, в точку пространства, где напряженность электрического поля практически равна нулю [1]. Если отсчитывать потенциал от уровня, соответствующего покоящемуся электрону в вакууме, то ф— потенциал внутри кристалла, отвечающий уровню Ферми. Согласно современным представлениям в поверхностный потенциальный барьер, при преодолении которого и совершается работа выхода, основной вклад вносят обменные и корреляционные эффекты, а также — в меньшей степени — электрический двойной слой у поверхности тела. Наиболее распространенные методы экспериментального определения работы выхода — эмиссионные по температурной, спектральной или полевой зависимости соответственно термо- фото- или полевой эмиссии, а также по измерению контактной разности потенциалов между исследуемым телом и другим телом (анодом), работа выхода которого известна [I, 2]. В табл. 25.1, 25.3 и 25.4 приведены значения работы выхода простых веществ и некоторых соединений. Внешнее электрическое поле уменьшает работу выхода (эффект Шоттки). Если поверхность эмиттера однородна, то уменьшение работы выхода. эВ, при наложении электрического поля напряженностью В/см, равно [c.567]

Силовое воздействие сплошной газообразной среды на движущееся твердое тело сводится к непрерывно распределенным но поверхности этого тела силам от нормального и от касательного напряжений. Результирующая этих сил, действующая на каждый элемент поверхности, называется поверхностной силой. В идеальной жидкости, в которой отсутствует вязкость, силовое воздействие сводится только к поверхностным силам от нормального напряжения (давления). [c.18]

В некоторых учебниках гидравлики утверждается, что подъемная сила приложена в центре водоизмещения. Это неправильное представление о природе поверхностных сил может послужить источником ошибочных выводов при решении задач на определение внутренних напряжений. Однако при решении задач о плавании и остойчивости тел, рассматриваемых как твердые тела, часто удобно для упрощения рассуждений прилагать подъемную силу к центру водоизмещения. [c.48]

Краевые условия для уравнений гидродинамики разделяются на кинематические условия, налагаемые на скорость, и динамические условия, налагаемые на силы к последним относятся касательные напряжения и давление (в общем случае — нормальные напряжения, куда давление входит составной частью), при необходимости могут учитываться силы поверхностного натяжения. Поток жидкости может быть ограничен поверхностями твердых тел (стенкой) или поверхностью раздела фаз пар — жидкость, газ — жидкость. [c.280]

ВОЗМОЖНОСТЬ непосредственного расчета коэффициентов интенсивности напряжений вдоль фронта дефекта, имеющего произвольную конфигурацию, при комбинированном типе нагружения. Параграф 4 посвящен трехмерной линейно-уиругой механике разрушения, использующей метод граничных элементов, основанный на сингулярных решениях уравнений Навье, описывающих равновесное состояние твердых тел без трещины. Параграф 5 касается методов суперпозиции, применяемых в общем случае для решения трехмерных задач линейной механики разрушения и, в частности, метода альтернирования Шварца — Неймана. Последний подход, используемый в сочетании с методами конечных или граничных элементов для расчета напряжений в твердом теле без трещины, как показано, является наиболее эффективным способом исследования поверхностных дефектов, форму которых можно представить математическими средствами. В главе приведены примеры, иллюстрирующие описанные методы. Глава заканчивается выводами, собранными в 6. [c.183]

Для выявления эффектов поверхностной неоднородности в твердом теле рассмотрим поведение образцов, которые отличаются только геометрически. Их термосиловые предысторпп, включая и технологию изготовления, будем считать тождественными. В этом случае все размеры образца велики по сравнению с ожидаемой толщиной поверхностного слоя. Конкретно оценку поверхностной неоднородности произведем на круглых, относительно тонких пластинках. Для усиления исследуемого эффекта необходимы механические состояния с большим градиентом напряжения вблизи поверхности. Такие состояния дает, например, контактное взаимодействие тел. В связи с этим рассмотрим следующую задачу теории упругости. [c.416]

В каждом реальном твердом теле действуют внутренние напряжения различного происхождения, они существуют вне зависимости от того, нагружено данное тело или нет. Напряжения могут бт.пь временными или постоянными - остаточными. Величина внутренних напряжений часто 6iiiBaeT того же порядка, что и полезных напряжений, которые возникают в твердом теле в условиях эксплуатации при нагружении деталей мап)ин. Технологические процессы обработки деталей и инструментов должны обеспечивать получение остаточных напряжений в поверхностных слоях, епособствуюпщх гювышению надежности и срока службы в определенных условиях эксплуатации. [c.41]

Большинство твердых материалов способно выдерживать, не разрушаясь, очень высокое всестороннее давление, если только оно действует равномерно со всех сторон, как это, например, имеет место в твердом теле, окруженном жидкостью. Материалы с неплотной или пористой структурой, как, например, дерево, под действием высокого гидростатического давления подвергаются значительной остаточной деформации, и после снятия давления их объем остается уменьшенным. (Достаточно спрессованное таким образом дерево теряет свойство пловучести в воде.) С другой стороны, в кристаллических телах (металлах, твердых плотных горных породах) в тех же условиях наблюдается лишь упругая деформация весьма небольшой величины. В отношении сжимаемости плотные поликристаллические и аморфные тела ведут себя подобно жидкостям. Они упруго ся имаемы и способны противостоять высоким гидростатическим давлениям, достигающим почти любой технически возможной величины, не претерпевая остаточной деформации. Зато в твердых материалах меньшей плотности всестороннее давление вызывает явные признаки разрушения, как, например, в подвергнутых гидростатическому давлению цилиндрических образцах мрамора (Карман), а также в образцах дерева, которые при сжатии принимают неправильную форму вследствие своей клеточной анизотропной структуры (А. Фёппль). Если, подвергая такие материалы высоким всесторонним давлениям, не принять особых мер предосторожности, то передающая давление жидкость проникает в материал через его мельчайшие щели и трещинки. По наблюдениям Т. Паултера, стеклянные шары, подвергнутые в течение короткого периода времени очень высокому всестороннему давлению жидкости, разрушаются не прп максимальном давлении, а либо в течение периода уменьшения давления, либо же вскоре после быстрого снятия последнего. Ничтожные количества жидкости, способные проникнуть через невидимые мельчайшие поверхностные трещины в наружных слоях шаров, не успевают достаточно быстро вытечь из этих трещин при внезапном снижении давления. Поэтому при снятии внешнего давления в жидкости, попавшей в узкие трещины или каналы поверхностного слоя, возникает градиент давления, который и приводит к высокой местной концентрации растягивающих напряжений, создающих опасность разрыва стекла. В сравнительно более слабых материалах, как мрамор и песчаник, внешнее давление жидкости приводит к образованию трещин, в результате чего может произойти разрушение структуры этих пород. [c.199]

Помимо резкого понижения прочности и появления хрупкости, жидкий адсорбционно-активный металл при высоких температурах и сравнительно малых скоростях деформирования приводит к понижению предела текучести и коэффициента упрочнения металла (пластифицируюш ее действие), о чем уже упоминалось выше при рассмотрении влияния смазок в процессе обработки металлов давлением. Напомним, что пластическое течение в кристаллах представляет собой зарождение и движение дислокаций в плоскости скольжения и их выход на поверхность кристалла. Как показал Е. Д. Щукин (1962), адсорбция поверхностно-активных веш еств влияет на взаимодействие дислокаций с поверхностью. Благодаря уменьшению поверхностной энергии деформируемого твердого тела в результате адсорбции происходит пластифицирование материала (выход дислокации на поверхность происходит при меньшем общем напряжении, а при постоянном внешнем напряжении в единицу времени выходит больше дислокаций, т. 0. происходит больше пластических сдвигов). Пластифицирующее действие расплавов аналогично действию органических адсорбционноактивных веществ — в обоих случаях облегчается выход дислокаций на поверхность. [c.438]

Адсорбционно - коррозионно - усталостное изнашивание наиболее распространено в подвижных сопряжениях, работающих в условиях граничной смазки и при внешнем трении [91]. Усталостный и коррозионно-механический виды изнашивания являются частными случаями этого вида изнашивания. Изнашивание является резул1,тато.ч фрикционной усталости поверхностных слоев, возникающей при их многократном деформировании, на которое вл1 яет эффект Ребиидера и коррозионные процессы, особенно процессы, сходные по механизму с коррозией под напряжением. Взаимодействие твердых тел, приводящее к этому виду изнашивания, осуществляется следующим образом. [c.36]

К такому типу относятся подшипники скольжения, в которых используются комбинированные вкладыши, состоящие из стальной ленты с нанесенным на ее поверхность слоем антифрикционного материала. Обычно эгот слой настолько тонок, что его влияние на размер контурной площади касания, а следовательно, на величину и распределение нормальных напряжений на контурной площади контакта пренебрежимо мало. Однако он оказывает существенное влияние па силовые взаимодействия вала с вкладышем в условиях внешнего трения. Это происходит вследствие того, что внешнее трение обусловлено в основном процессами, протекающими в поверхностных слоях контактирующих твердых тел. [c.168]

Для характеристики процесса изнашивания будем использовать тегральную ли.че и1у-о интенсивность изнашивания .п, которая суилествен-но зависит от механических свойств материалов и в да деформаций в поверхностных слоях взаимодействующих твердых тел. Если в поверхностном слое одного нз взаимодействующих твердых тел при тренни возникают пластические деформаци , тогда как в поверхностном слое сопряженного тела возникающие напряжения значительно меньше предела текучести материала, то тело, в поверхностных слоях которого возникают упругие деформации, будет менее интенсивно изнашиваться 25, 72, 142 . Поэтому упорном подшипнике скольжения поверхность пяты можно расс -. атривать как абсолютно жесткую. [c.197]

Как это многократно отмечалось Л. А. Шрейнером, величина адсорбционного эффекта при прочих равных условиях полностью определяется характером и интенсивностью напряженного состояния поверхностного слоя данного твердого тела [24]. Игнорирование этого важного обстоятельства часто приводило к недоразумениям [100]. Так, например, некоторые исследователи пытались обнаружить адсорбционный эффект понижения твердости в обычных условиях измерения твердости металла вдавливанием индентора — шарика, конуса или пирамиды. Однако в этих условиях в поверхности создаются значительные сжимающие напряжения, препятствующие развитию слабых мест (микрощелей), а следовательно, и адсорбционных эффектов. Влияние среды на процессы деформации становится меньшим, а в условиях всестороннего сжатия — вовсе исчезает. Наибольшие адсорбционные эффекты наблюдаются при возникновении в поверхностных слоях твердого тела достаточно больших растягивающих напряжений. [c.200]

Ко времени выполнения исследований А. Гриффитса уже были известны работы по оценке теоретической прочности твердых тел 1233]. Расхождение между теоретической прочностью, которая по грубым оценкам составляет О, , и наблюдаемой на практике в десятки и сотни раз меньшей реальной прочности не находило научного объяснения. Проводя опыты по определению прочности стеклянных волокрн, А. Гриффитс пришел к выводу, что причиной низкой реальной прочности твердых тел является наличие в них мелких дефектов типа трещин, которые являются концентраторами напряжений. Он предположил, что для образования новых поверхностей в твердом теле, в частности для продвижения трещины, требуется затратить некоторое количество энергии П с плотностью 7, где под понималась энергия, йеобходимая для создания единицы новой свободной поверхности. Эта энергия по своей физической природе аналогична энергии поверхностного натяжения в жидкости. Величина. 7 принималась постоянной для данного материала. [c.10]

Зависимости для напряжений поверхностных сил в жидкости были получены здесь путем обобщения закономерностей, связывающих напряжения и деформации в твердых телах, на случай жидкой среды, обладающей свойством упругост-и и вязкости, Этк же зависимости можно получить исходя из ряда гипотетических представлений о молекулярных силах, действующих в самой жидкости (см. [2. 7]). [c.104]

В твердых телах, так же как и в жидкостях, молекулы на поверхности обладают силовым полем, которое делает их способными притягивать к себе молекулы других веществ и образовывать, таким образом, на поверхностях адсорбционные пленки. Следовательно, поверхности твердых тел также находятся в состоянии поверхностного натяжения. Однако только в редких случаях величина напряжения оказывается здесь достаточной для того, чтобы произвести заметную деформацию массы. Очень вязкие жидкости, как смола (вар), обнаруяшвают существование напряжения даже в тех случаях, когда жидкости настолько вязки, что ведут себя как хрупкие твердые тела. Так, с течением времени они округляют острые углы и обнаруживают явления поверхностного натяжения, свойственного подвижным жидкостям. Острые режущие кромки куска стекла при нагревании округляются. Е1два ли было бы убедительно приводить в виде довода, что поверхностное натяжение возникает в момент размягчения твердого тела нагреванием скорее, поверхность следует рассматривать как находящуюся в состоянии натяжения, и это натяжение округляет края, как только материал становится достаточно мягким. [c.26]

Если в соответствии с тем, что бьшо сказано выше, будем рассматривать процесс oбpaзoвaниi/ прочной масляной пленки как процесс адсорбционный, то следует обратить внимание на одно чрезвычайно важное явление, сопутствующее всякому адсорбционному процессу, — на теплоту смачивания или теплоту адсорбции. Выделение тепла при адсорбции идет за счет понижения поверхностной энергии молекул твердого тела и энергии адсорбируемых молекул как погсазал Б. Ильин, количество тепла пропорционально напряжению атракционного поля твердой поверхности и дипольному моменту или диэлектрической постоянной адсорбируемой субстанции 1. [c.94]

Покоящаяся жидкость подвержена действию внешних массовых пропорцрюнальных массе сил и поверхностных, действующих на свободную или граничную поверхность, сил. В результате действия этих сил внутри жидкости возникают сжимающие напряжения, называемые гидростатическим давлением (аналогично напряжению сжатия в твердых телах). При равномерном распределении силы F по поверхности площадью S гидростатическое давление выражается формулой [c.12]

Поверхностные силы для выделенной частицы сплошиой среды являются аналогом распределенных по поверхности сил реакций связей для твердого тела, которые рассматривались в статике. Через каждую точку пространства могут проходить поверхности многих выделенных частиц сплошной среды. Возникает задача определения таких величии в рассматриваемой точке, через которые можно выразить напряжение на элементе поверхности любой из частиц, проходящих через эту точку. Для этого достаточно знать в точке так называемый тензор и а п р я ж е н и й. [c.544]

Предложенная схема формирования структур поверхностного переходного слоя путем образования и взаимодегхтвия зоны скопления дислокаций и пористой структуры типа губки Менгера позволяет объяснить снятие поверхностного сжимающего напряжения твердых тел. Гиббс подчеркивал, что поверхностное натяжение, или, точнее, поверхностная энергия - это работа, необходимая для образования поверхности, в то время как поверхностное напряжение представляет собой работу, требуемую идя растяжения поверхности. [c.120]

Если воображаемый идеальный кубический монокристалл находится под действием сжимающего поверхностного напряжения, то его деформация (рис. 76, а) эквивалентна действию усилия, приложенного к каждому ребру куба. В действительности для реальных поверхностей твердых тел подобных макропрогибов не наблюдается. Это напряжение и, следовательно, визуально наб1подаемые макропрогибы могут быть устранены [c.120]

Гриффитсу микротрещины, которые могут играть роль концентраторов напряжений. Гриффитс описал хрупкое разрушение твердого тела как процесс превращения упругой энергии, сосредоточенной в объеме твердого тела при приложении нагрузки, в поверхностную энергию его частей, образовавшихся при разрушении, ему же принадлежит и метод расчета технической прочности твердых тел. Рассмотрим схему этого расчета. [c.138]

Силы поверхностные. Эти силы приложены к поверхности, ограни-чиваюгпей рассматриваемый объем жидкости, выделенный, например, внутри покоящейся или движущейся жидкости (см. объем AB D жидкости на рис. 1-9). При равномерном распределении этих сил по данной поверхности величина их пропорциональна площади этой поверхности. К числу таких сил относятся, например, атмосферное давление, действующее на так называемую свободную поверхность жидкости, а также силы трения, о которых говорили в 1-3 (действующие по поверхности, намеченной внутри жидкости). Изучая механическое действие жидкости на поверхность какого-либо твердого тела, можно говорить о реакции этой поверхности, т. е. реактивной силе, приложенной к жидкости со стороны твердого тела. Такая сила также должна рассматриваться как внешняя поверхностная сила (по отношению к объему жидкости, ограниченному поверхностью упомянутого твердого тела). В общем случае плотность распределения поверхностной силы (т. е. напряжение) в различных точках рассматриваемой поверхности может быть различной. В частном случае, когда поверхностная сила Р распределяется равномерно по рассматриваемой поверхности площадью S, величина этой силы [c.22]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...