Эмпирическая теория разрушения

Эмпирическая теория разрушения 405 Эргодическая гипотеза 251 Эффективная жесткость на изгиб 28—35 [c.556]

В литературе первой половины XIX века снова можно найти списки предельных нагрузок для широкого разнообразия твердых тел. Но при этом, однако, уже обычно приводятся размеры образцов, так что эти данные могут быть или были выражены через разрушающие напряжения. Эти данные начинают привлекать внимание инженера-практика, интересы которого связаны с проектированием и разрушением конструкций. За последние сто пятьдесят лет в технической литературе приведены данные о тысячах экспериментов по установлению предела прочности, которые, очень мало дав науке, принесли неоценимую пользу практике инженерного дела. Уже триста лет многочисленные исследователи, которые измеряют разрушающие нагрузки, пытаются установить эмпирические соотношения, группируя части опытных данных. За исключением случаев с весьма ограничительными условиями (и даже тут успехи более чем скромны), не появилось никакой правдоподобной общей теории разрушения. [c.37]

Современные тенденции в проектировании характеризуются широким применением положений механики линейно-упругого разрушения и упругопластического анализа в сочетании с соответству-юш ими эмпирическими критериями разрушения или теориями накопления повреждения. Задача состоит в том, чтобы создать более совершенные методы проектирования для решения проблем разрушения артиллерийского вооружения. [c.10]

Имеются существенные основания предположить полезность, если не точность, теории эффективного модуля даже при наличии градиентов макроскопических напряжений. Решение задачи о свободной кромке и успешные оценки для задач с локальным повреждением, таким, как трещины слоев, свидетельствуют об этом. Кроме того, необходимо отметить, что модели, построенные с учетом теории эффективного модуля, коррелируют с разрушением, описываемым на основе таких эмпирических законов разрушения, как законы классической механики упругого разрушения и критерий для средних напряжений. Однако это не подтверждает, что данные модели тщательно обоснованы, так как прямого экспериментального доказательства точного влияния этих геометрических особенностей просто не существует. Таким образом, физика процесса разрушения в композитах остается такой же тайной, как в однородных материалах, и наше понимание разрушения сильно зависит от информации, полученной из эксперимента Следовательно, моделирование с помощью теории эффективного модуля дает приближенные, а не точные, результаты, для которых требуется экспериментальное подтверждение. [c.12]

Приведенный далеко неполный перечень направлений и предложенных механизмов свидетельствует, с одной стороны, о самых разнообразных проявлениях разрушения и износа и, с другой,— о самых различных направленности и уровне исследований и представлений. Но несмотря на это, объектом количественного описания, как правило, являются механические модели. Такое положение сложилось в результате ряда объективных обстоятельств. Основные из них следующие. Вопросами трения и износа начали заниматься, исходя из нужд механики, и решались они методами механики. Экспериментальной основой этих методов были данные о механических воздействиях и реакциях и о макроскопических результатах разрушения закономерности могли быть получены в терминах эмпирической теории упругости и пластичности. Развитие науки о трении и износе, основой которой должен быть синтез физических, химических и механических представлений, продолжительное время сдерживалось отсутствием необходимых данных физики твердого тела и физико-химии поверхностных явлений, а также методов и средств эксперимента, позволяющих наблюдать явления, локализованные в исключительно малых объемах. [c.349]

В настоящее время возникает необходимость на основе накопленного опыта выработать строгие критерии отбора, позволяющие заменить эмпирический подход целенаправленным поиском систем, оптимальным образом отвечающих заданным условиям. Это требование особенно важно для разрушающихся теплозащитных материалов, количество которых резко растет в связи с прогрессом в области органической химии и материаловедения. При этом возникла потребность в разработке теории (механизма) процессов разрушения и прогрева теплозащитных материалов, в теоретическом исследовании влияния состава различных классов покрытий на параметры разрушения, в обобщении результатов стендовых исследований и создании новых методик эксперимента. [c.5]

Сюда входят эмпирические величины, такие, как показатель степени д (примерно равный 2-4) временное сопротивление характеристика трещиностойкости (вязкость разрушения) деформирующее напряжение сгу, которое может быть принято равным одному из диапазона между <7о,2 и СТв либо рассчитано как предельное на основе теории пластичности (при образовании пластического шарнира) максимальное значение 1с—1с шах среди всех 1 , полученных в испытанном диапазоне длин трещин. [c.172]

Большинство видов разрушения, перечисленных в гл. 2, уже рассмотрены в книге. Во время их обсуждения постоянно давалось краткое качественное описание явления разрушения, за которым следовало изложение количественных методов, используемых в инженерных расчетах. Износ, коррозия и связанные с ними виды разрушения рассматриваются в этой последней главе не из-за их малой значимости, а вследствие того, что общепринятые, научно обоснованные теории этих явлений еще не полностью разработаны и пока нет установившихся, достаточно точных аналитических или эмпирических методов расчета или оценки сроков службы конструкций. [c.571]

Это не означает, что разрушение не изучали раньше. Богатый экспериментальный материал был уже в XIX в., но из-за отсутствия обобщающей теории изучение изломов и трещин было основано на эмпирических выводах. Визуальный анализ изломов и сегодня сохраняет свое значение. [c.8]

Различают два подхода к построению теорий в естественных и прикладных науках — феноменологический и структурный. Феноменологические модели строятся на основе эмпирических данных о поведении объекта. При этом не ставится задача объяснения или полного описания существа явлений. Структурный подход состоит в разработке моделей, которые позволяют описать и объяснить явления, исходя из внутренней структуры рассматриваемых объектов. Эти подходы тесно связаны между собой и должны взаимно обогащать друг друга [24]. Построение нелинейных моделей поведения среды с эффективными свойствами для описания деформирования композита, сопровождаемого разрушением элементов структуры, соответствует методологии феноменологического описания. [c.20]

Классификации сталей и сплавов, механические характеристики которых рассмотрены, особенностям их структуры и применению посвящена глава А2. В главе АЗ дан краткий обзор обширного массива информации, полученной при экспериментальном изучении реологических и прочностных свойств материалов, проявляемых при основных типах нагружения (кратковременном, длительном, малоцикловом). Рассмотрены и некоторые используемые в практике расчетов на прочность эмпирические (или простейшие феноменологические) описания закономерностей деформирования и разрушения. Феноменологическим теориям пластичности и ползучести посвящена глава А4. Обсуждаются логика развития этих теорий и трудности, возникающие при описании процессов повторно-переменного деформирования произвольного типа. [c.11]

Первый из этих вопросов решается на основе натурных и лабораторных наблюдений и во многом пока зависит от интуиции инженера. Быстро развивающаяся техника неразрушающего контроля сулит большие надежды, однако состояние этого вопроса нужно признать еще весьма далеким от желаемого. В то же время накопленный к настоящему времени экспериментальный и теоретический материал убеждает в том, что без решения указанного вопроса нельзя надеяться и на решение практической проблемы прочности. Казалось бы, методы статистических теорий хрупкой прочности позволяют обойти эту трудность, так как они приводят к зависимостям типа Ств 1 V — объем тела, Ств — среднее значение временного сопротивления, п — эмпирический коэффициент), в которые не входит размер дефекта, являющегося причиной разрушения. Коэффициент п изменяется от 6 для идеально хрупких материалов типа стекол до 50—100 для пластичных металлов. Однако оказывается, что в процессе эксплуатации пластичных металлов, например, при циклическом нагружении, коэффициент п может меняться от 100 до 6, а в случае весьма хрупких материалов случайный разброс Ств так велик, что делает невозможным расчет конкретной конструкции с позиций теорий прочности. Механика хрупкого [c.519]

До сих пор подход к этим вопросам был в основном эмпирическим. А как быть, если, например, нужно рассчитать парашют с так называемым аэродинамическим качеством, то есть способный не только плавно опускаться, но и одновременно перемещаться по горизонтали (без таких парашютов не обойтись, если группу людей или несколько единиц техники необходимо сбросить как можно ближе друг к другу). Или необходимо отштамповать уникальные образцы, когда дорогостоящая матрица может быть изготовлена из дерева и льда или нет прессов достаточной мощности Дело в том, что если интенсивность ударной волны больше необходимой, происходит разрушение матрицы, а деталь не будет иметь нужной формы. Аналогичный результат получается и тогда, когда сила удара недостаточна. Важно также правильно расположить источник энергии. Одним словом, должна быть хорошая теория, которая будет и самой практичной. [c.69]

Большинство теорий усталости основывается на изучении поведения металла в образцах простой геометрической формы. Ни одна из теорий не учитывает всех факторов, которые могут оказывать влияние на образование усталостного разрушения. Большинство конструкций, применяемых в технике, состоит из сложной системы элементов и соединений, что делает невозможным или, в лучшем случае, затруднительным исследование таких конструкций с иопользованием различных теорий усталостного разрушения. Ввиду этого использование данных по усталости при решении реальных вопросов прочности конструкций в большинстве случаев бывает основано на эмпирических соотношениях, получаемых при лабораторных испытаниях. Эти простые соотношения обычно позволяют спроектировать экономичную конструкцию, хорошо сопротивляющуюся действию повторных нагрузок. [c.20]

Об усталостном росте. Пусть статическая нагрузка не настолько велика, чтобы вызвать разрущение. Хорощо известно, что периодическая во времени нагрузка той же амплитуды может оказаться разрушающей при достаточно большом числе циклов. Это явление усталостного разрушения широко изучалось в экспериментах. Однако соответствующая теория пока не построена, преобладает эмпирическое описание. [c.299]

Аналитическое изучение процессов деформации и разрушения горных пород основывается на использовании известных методов теорий упругости, пластичности и прочности твердых тел. В основе этих методов механики сплошной среды лежат модельные представления, установленные эмпирическим путем при механических испытаниях различных материалов и определенным образом формализованные. Физические представления о деформации и разрушении твердых тел практически используются лишь для качественного обоснования феноменологических моделей твердых тел. [c.14]

Представлена краткая история и обаор модифицированной механики раз рушения Гриффитса — Ирвина. Подчеркнуто значение коэффициента интенсивности напряжений и скорости высвобождения энергии деформирования в механике разрушения изотропных и анизотропных материалов. Кратко изложена эмпирическая трактовка процесса усталостного роста трещины в изотропной среде. Затем перечислены противоречия между основными предпосылками классической теории разрушения и особенностями протекания процесса разрушения в многофазных слоистых материалах. Тем самым показана необходимость некоторого смягчения исходных предпосылок теории разрушения, которое позволило бы создать практически применимые подходы для решения задач разрушения композитов. Очень кратко, вследствие неприменимости непосредственно к решению инженерных задач, изложены основные результаты, полученные при помощи методов микромеханики, позволяющих исследовать процессы взаимодействия между трещиной, волокном и связующим в бесконечной среде. Далее огшсаны основные концепции современных макромеханических подходов для описания процесса разрушения композитов. Отмечено, что все подходы, расчеты по которым находятся в соответствии с экспериментальными данными, исключают из рассмотрения нелинейную зону или зону разрушения у кончика трещины. Более сложные теории (с учетом критического объема, плотности энергии деформирования) наилучшим образом согласуются с экспериментами на однонаправленно армированных композитах, когда трещины распространяются параллельно волокнам. Эти теории также хорошо описывают нагружение слоистых композитов под углом к направлению армирования, когда преобладающее влияние на процесс разрушения оказывает растрескивание полимерной матрицы. Расчеты по двум приближенным теориям (гипотетической трещины и критического расстояния) и комбинированному методу (модель тонкой пластической зоны) сравниваются с данными, полученными при испытании слоистых композитов с симметричной схемой армирования [ 6°]s. Приведены данные о хорошем соответствии степенной аппроксимации, применяемой для описания скорости роста трещины, результатам испытаний на усталость слоистых композитов с концентраторами напряжений. [c.221]

Соотношения типа (4.1.2) получены и в других теориях разрушения полимеров как кинетического процесса прорастания трещин [142, 284, 455, 456]. Параметрам соотношения (4.1.2) можно приписать определенный физический смысл. Вместе с тем эксперп-мент по ползучести резин до разрушения показывает заметные отклонения от закона (4.1.2). Более точным оказывается эмпирический степенной закон Голланда — Тернера [469] я Г. М. Бартенева [459] [c.188]

Каждый из пяти рассмотренных выше подходов использует принципы линейной упругой механики разрушения и исключает из рассмотрения область около кончика трещины, размеры которой имеют тот же порядок, что и размеры кончика трещины. Существование подобной области, связанной с эффектами пластичности [13], трещинообразования (гл. 5), или конечными локальными деформациями (при отсутствии пластичности и трещинообразования) [43], отмечено и у изотропных материалов. В любом случае нелинейные эффекты учитываются этими подходами только посредством вычисления размеров зоны нелинейности. По-видимому, в соответствии с опубликованными на сегодняшний день данными наилучшее совпадение с экспериментами для более сложных методов I и П обнаруживается при анализе однонаправленных композитов с трещинами в матрице, ориентированными параллельно волокнам. Хорошие результаты можно получить и для косоугольно армированных композитов, если их разрушение зависит главным образом от образования трещин в матрице. С другой стороны, хорошее совпадение с экспериментами достигнуто и при использовании более эмпирических подходов HI, IV для анализа симметричных слоистых композитов со сквозными трещинами. Такие работы, как [44], имеют целью объединить методы линейной упругой механики разрушения с теорией слоистых сред, Одиако достаточ- [c.242]

Поэтому предлагаемая теория представляется более точной и к тому же принципиально более простой (вместо эмпирической функции от трех переменных в (8.14) —одна константа D). В логическом отношении она является развитием общего энергетического подхода ( 2 гл. V), родственного энергетическому методу в теории трещин, применительно к данным задачам, в которых энергосток распределен вдоль движущейся поверхности разрушения. [c.458]

При циклическом нагружении поликристаллических образцов происходит развитие имеющихся и возникновение новых микротрещин (т.е. трещин, размеры которых сравнимы с размерами зерен-монокристаллов). После появления макротрещины (т.е. трещины длиной порядка десяти средних размеров зерна) дальнейший процесс усталостного разрушения удовлетворительно описывается известными теориями. Однако разброс по времени существования образцов определяется именно начальной стадией разрушения, когда отсутствуют макротрещины и поликристалл (на макроуровне) можно считать сплошным. Оказьшается, что скорость роста микротрещин не следует стандартным эмпирическим формулам макротрещин. Значительное влияние на нее оказьюают размер, ориентация и форма отдельных зерен. [c.165]

Изучая влияние времени нагружения на величину прочности на отрыв стекла и других сходных с ним хрупких тел (о чем говорилось выше, см. стр. 211—213), И. Тэйлор ) предложил для этпх материалов теорию раз])у-шения путем отрыва. Приняв эмпирическую зависимость Глэзарда и Престона [приведенную выше в п. 6 настоящей главы, формула (15.3)] между разрушающим напряжением и временем нагружения как меру скорости молекулярного процесса, зависящего от энергии активации, которая вместе с тем определяет п скорости химических реакций, Тэйлор предположил, что закон Гука сохраняет силу вплоть до момента разрушения стеклянного стержня и что сильнейшие химические связи в веществе допускают до разрушения удлинение на определенную характерную величину, которая может быть выражена как упругое удлинение, зависящее от наиряжения а и модуля упругости Е. Вводя энергию активации, необходимую для перестройки атомной структуры, которая допускала бы растяжение при сильнейших связях, сохраняющихся вплоть до разрушения, Тэйлор нашел формулу для времени нагружения в виде [c.226]

Разрушение в прозрачных телах, так же как и разрушение непрозрачных мишеней, наблюдалось уже многими автор1ами и за рубежом, и в Советском Союзе, и мы не будем перечислять все эти работы, тем более, что почти все они пока имеют эмпирический характер. Надо сказать, что теория этих явлений, в отличие от случая непрозрачных тел, находится в самом начальном состоянии и наблюдаемые явления еще не получили объяснения. [c.267]

Количественные эмпирические закономерности кинетики разрушения были получены преимущественно для режимов ползучести (для этого же случая развиты и обосновывающие их теории) в жестких застеклованных полимерах, разрушающихся при небольших деформациях, опыты обычно проводились при заданной нагрузке (постоянном условном напряжении) для высокоэластических материалов (каучуков и вулканизатов) в связи с большими деформациями режим постоянства так называемого истинного напряжения о обеспечивался применением специальных корректировочных приспособлений [4, 210, 462, 463], принцип действия которых основывается на предположении о неизменности объема материала при деформации. В этом случае для простого растяжения условное (рассчитанное на единицу начального поперечного сечения образца 5) растягивающее напряжение / = связано с истинным напря- [c.187]

В настоящее время известно много различных теорий пластичности, причём в самое последнее время предложены новые теории. Отчасти они изложены в книге Лейбензона 1 . Чтобы понять причины многообразия теорий пластичности, необходимо уяснить цели, какие они преследуют. Задача теории упругости, например, совершенно ясна по заданным нагрузкам найти деформации (знание которых необходимо инженерам для суждения о пригодности той или иной конструкции в практике), а также найти в теле напряжения для того, чтобы знать, не возникнут ли в нём нежелательные остаточные деформации или, в случае хрупких материалов, не произойдёт ли разрушение. Прскольку нет ничего лучшего, — по упругим напряжениям и р ич-ным эмпирическим фактам инженер судит о возможности усталостных разрушений и других эффектах, поскольку они тесно связаны с действующими упругими напряжениями и имеющимися деформащ1ями. Задача теории упругости в принципе легко решается благодаря чрезвычайной простоте закона Гука. [c.81]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...