Тело хрупкое

Существует два вида разрушения твердых тел хрупкое и пластичное. Если растягивать хрупкий стержень вдоль его оси, то разрушение произойдет по плоскостям, перпендикулярным к направлению действия напряжений. Если стержень сделан из пластичного материала, то разрушение будет вызвано скольжением по плоскостям, расположенным под углом 0,785 рад (45°) к оси растяжения. Реально в материале одновременно встречаются оба вида разрушения, и в самом хрупком кристалле бывает заметна пластическая деформация. [c.280]

Смена вязкого вида разрушения хрупким - суть хладноломкости материалов (в частности, с ОЦК решеткой). Переход твердого тела в хрупкое состояние в 1924 г. был впервые описан А.Ф. Иоффе. Согласно предложенной им схеме (рис. 2.1), существует параметр, характеризующий сопротивление твердого тела хрупкому разрушению - сопротивление отрыву или хрупкая прочность. Величина S p в пределах точности ее определения не зависит ни от температуры, ни от скорости нагружения, а предел текучести Довольно круто возрастает при понижении температуры, приближаясь к значениям хрупкой прочности, и при температуре пересечения кривых = /(Т) и Од 2 = f(T) происходит смена механизмов разрушения. [c.23]

В полимерных телах хрупкое разрушение вызывается последовательной деструкцией молекулярных цепей. Природа этого явления сложна и недостаточно изучена, хотя имеется ряд оригинальных работ и в первую очередь основополагающие исследования С. Н. Журкова [1], посвященные хрупкому излому. [c.134]

Принято различать два механизма разрушения твердого тела — хрупкое и вязкое разрушение [223, 248]. В первом случае основную роль играют разрывы межатомных связей, во втором они опосредованы процессом пластической деформации. Согласно современным представлениям процесс хрупкого разрушения складывается из трех стадий [c.302]

Состояние тела, при котором остаточные деформации без заметного ослабления связей между частицами имеют большие величины <по сравнению с упругими), принято называть пластическим, состояние тела, при котором, наоборот, остаточные деформации перед наступлением разрушения малы (по сравнению с упругими), называется хрупким. Оба эти состояния могут при известных условиях проявляться у одного и того же тела и не являются свойствами, которые должны быть приписаны какому-нибудь материалу всегда. Так, например, мраморные цилиндры при осевом сжатии разрушаются как тела хрупкие, а при всестороннем сжатии проявляют пластические свойства. Основные механические свойства материала обнаруживаются уже из опытов на простое растяжение. Испытанию обычно подвергают цилиндрические образцы путем растяжения их с постоянной скоростью на разрывной машине. Значения истинных напряжений а и деформаций е изображаются некоторой кривой, так называемой, диаграммой растяжения. [c.7]

Кроме того, следует иметь в виду, что горные породы являются телами хрупкими и их разрушение в местах превышения действующих напряжений над соответствующими пределами прочности пород происходит не в виде перехода в пластичное состояние, а в виде образования трещин. [c.53]

Настоящая монография является одной из попыток среди такого рода работ подойти к проблеме разрушения, базируясь на системном подходе, лежащем на стыке механики деформируемого твердого тела, механики разрушения и физики прочности и пластичности. В книге изложены разработанные авторами физико-механические модели хрупкого, вязкого и усталостного разрушений, позволяющие анализировать повреждение материала при сложном нагружении в условиях объемного напряженного состояния. Приведены подходы к описанию кинетики трещин при статическом, циклическом и динамическом нагружениях элементов конструкций. Кроме того, в работе рассмотрены методы и алгоритмы численного решения упруговязкопластических задач при квазистатическом (длительном и циклическом) и динамическом нагружениях. [c.3]

В данной главе рассматриваются хрупкое, вязкое и усталостное разрушения поликристаллического материала при кратковременном статическом и малоцикловом нагружениях. Разрушение поликристаллического металла при кратковременном статическом нагружении (т. е. при скорости деформирования I с ) является в большинстве случаев внутризеренным и в зависимости от температуры и характера НДС хрупким или вязким. Феноменологически первый тип разрушения сопровождается низкими затратами энергии в отличие от второго, для которого характерны значительные пластические деформации и, как следствие, высокая энергоемкость. Разрушение конструкционных материалов при малоцикловом нагружении также в основном связано с накоплением внутризеренных повреждений и развитием разрушения по телу зерна. Общим для рассматриваемых типов разрушений является также слабая чувствительность параметров, контролирующих предельное состояние материала, к скорости деформирования и температуре. Указанные общие особенности хрупкого, вязкого и усталостного разрушений послужили основанием для их анализа в одной главе. [c.50]

Кроме феноменологических подходов к проблеме хрупкого разрушения в настоящее время интенсивно развиваются исследования по анализу предельного состояния кристаллических твердых тел на основе физических механизмов образования, роста и объединения микротрещин. Разработаны дислокационные модели зарождения и подрастания микротрещины [4, 24, 25,. 106, 199, 230, 247], накоплен значительный материал по изучению закономерностей образования и роста микротрещин в различных структурах [8, 22, 31, ИЗ, 183, 213, 359, 375, 381], подробно изучены макроскопические характеристики разрушения, в том числе зависимости истинного разрушающего напряжения от разных факторов, таких, как диаметр зерна, температура и т. д. [6, 101, 107—109, 121, 149—151, 170, 191, 199, 222, 387, 390, 410, 429]. Как отмечалось выше, при формулировке критериев разрушения наиболее целесообразным представляется подход, интерпретирующий механические макроскопические характеристики исходя из структурных процессов, контролирующих разрушение в тех или иных условиях. [c.59]

Как указывалось в разделе 4.2, условие страгивания тре-Ш.ИНЫ, определяющееся трещиностойкостью материала Кс, существенно зависит от температуры и скорости нагружения. Поскольку КИН однозначно связан с интенсивностью высвобождения упругой энергии G, то трещиностойкость материала может быть выражена через этот параметр механики разрушения. При локализованном пластическом течении у вершины трещины диссипацию энергии пластического деформирования (необходимого для обеспечения условий зарождения хрупкого разрушения) можно добавить к энергии, необходимой для образования новой поверхности трещины, что равносильно переходу к исследованию упругого тела, для которого условие страгивания трещины определяется из уравнения G = Ge [253]. [c.242]

При распространении трещины по телу зерна может происходить как вязкое, так и хрупкое разрушение. Межзеренное разрушение всегда является хрупким. Надо отметить, что межзеренное разрушение присутствует всегда, но больше проявляется при хрупком разрушении. [c.51]

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]

Следовательно, вдоль границы контакта тело испытывает напряженное состояние чистого сдвига. Для хрупких металлов разрушение определяется максимальным растягивающим напряжением Отт и происходит по контуру площадки контакта. [c.167]

Рассмотренная схема потери трещиной устойчивости под действием внешних растягивающих напряжений справедлива только в случае идеально хрупкого разрушения твердого тела. [c.128]

Однако здесь величина о - эффективная поверхностная энергия, представляющая собой удельную (на единицу вновь образующейся поверхности) работу разрушения. Она включает, помимо истинной поверхностной энергии сг, работу пластических деформаций на единицу поверхности трещины, т е. энергию искажений решетки, возникающих при развитии трещины. Величина сг может на несколько порядков превосходить истинное значение поверхностной энергии идеально хрупкого твердого тела. [c.128]

Бурный расцвет сравнительно древней науки о прочности твердых деформируемых тел в последнее время связан, прежде всего, с новым взглядом ученых и инженеров на проблему хрупкого разрушения, решение которой по современным представлениям моя ет быть надежным только в тех случаях, когда учитываются имеющиеся в тело начальные трещины. [c.7]

Важной характеристикой напряженного состояния является коэффициент мягкости , равный отношению максимальных касательных напряжений к максимальным нормальным. Чем меньше этот коэффициент, тем жестче напряженное состояние. Касательные напряжения способствуют развитию пластической деформации, а нормальные— разрыву межатомных связей, хрупкому разрушению твердого тела. [c.117]

Заметим, что на упругие и пластические свойства твердых тел оказывает влияние характер сил связи. Ковалентные кристаллы (алмаз, кремний, германий) при комнатной температуре бывают жесткими и хрупкими, так как направленный характер связей препятствует сдвиговому движению, а также мешает перемещению одного атома вслед за другим, как это имеет место при движении дислокаций в решетке. Разрушение начинается прежде, чем дислокации могут обеспечить достаточно большие сдвиги, поскольку их движение затруднено ио сравнению с движением дислокаций в металлах. Ионные кристаллы гораздо более пластичны, если они совершенно чистые (обычные кристаллы могут быть и хрупкими из-за наличия внедренных в них дефектов). Электростатические силы — ненаправленные, и потому ионы могут перемещаться с места на место в той мере, в какой этому мешают их размеры. Металлы, как мы видели выше, наиболее пластичны в них возможно свободное перемещение дислокаций. [c.136]

Локальные напряжения особенно велики у края образовавшейся трещины, где происходит концентрация напряжений, причём они тем больше, чем больше её размер. Если этот размер больше нек-рого критич. г , на атомы у края трещины действует напряжение, превосходящее 0Тт и трещина растёт дальше по всему сечению тела с большой скоростью — наступает разру-шенве. Величина определяется из условия, что освободившаяся при росте трещины упругая энергия материала покрывает затраты энергии на образование новой поверхности трещины г,. Еу с (где у — энергия единицы поверхности материала). Прежде чем возрастающее внеш. усилие достигнет необходимой для разрушения величины, отд. группы атомов, особенно входящие в состав дефектов в кристаллах, обычно испытывают перестройки, при к-рых локальные напряжения уменьшаются ( релаксируют ). В результате происходит необратимое изменение формы тела — пластич. деформация ей также способствуют термич. флуктуации, Разрушению всегда предшествует большая или меньшая пластич. деформация. Поэтому при оценке в энергию V должна быть включена работа пластич. деформации уР. Если пластич. деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объёме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без заметных следов пластич. деформации наз. х р у п к и м. Характер разрушения проявляется в структуре поверхности излома. В кристаллич. телах хрупкому разрушению отвечает скол по криста л лографяч. плоскостям спайности, вязкому — слияние микропустот я скольжение. При низкой темп-ре разрушение преим. хрупкое, при высокой — вязкое. Темп-ра перехода от вязкого к хрупкому разрушению наз. критич. темп-рой хладноломкости. [c.169]

Истоки этого направления начинаются с работ А. Гриффитса (20-е годы), который показал, что разрушение высокопрочных материалов обусловлено имеющимися в теле трещинами или трещиноподобными дефектами, развитие которых и определяет весь процесс разрушения. Как указывалось выше (с. 72), концентрация напряжений в устье дефекта прямо пропорциональна корню квадратному из отношения его длины к радиусу закругления. Если напряжение в устье дефекта достигнет теоретической прочности, то произойдет хрупкое разрушение и трещина увеличится по длине. Такое местное разрушение в устье трещи-иы может перейти в самопроизвольное, если уме[1ьшение упругой энергии, обусловленное приростом трещины, будет превышать работу, необходимую для образования новых поверхностей, т. е. поверхностная энергия должна быть меньше высвобождающейся упругой энергии. [c.75]

В последнее время выдвинуто предположение, по которому развитие отпускной хрупкости вызывается неравномерностью распада пересыщенного твердого раствора углерода в а-жслезе (в отпущенном мартенсите). Распад протекает при этих температурах наиболее полно (почти до конца) по гоя-ницам зерен, в результате чего появляется резкое различие между прочностью пограничных слоев зерна и телом самого зерна. В этом случае менее прочные приграничные слои начинают играть роль концентратов напряжения, что и приводит к хрупкому разрущению. При увеличении продолжительности отпуска или при повышении температуры степень распада раствора должна выравниваться по зерну, а вязкость стали восстанавли-ват1)Ся. [c.374]

При Ki Ki (T) у вершины трещины должно выполняться условие хрупкого или вязкого разрушения в соответствии с предложенными в подразделах 2.1.2 и 2.2.2 критериями [см. уравнения (2.11) и (2.63)]. С точки зрения физики данное требование означает реализацию механизма встречного разрушения материала, когда зародившиеся микроповреждения материала у вершины трещины, по сути являющейся концентратором напряжений, объединяются с ней. Здесь хотелось бы несколько подробнее остановиться на вопросе, почему именно такой механизм наиболее вероятен при разрушении материала с трещиной. Рассмотрим хрупкое разрушение тела с трещиной. Для того чтобы от макротрещины развилось хрупкое разрушение, необходимо выполнение условия Отах = От. п ( Jmax — мак-симальные напряжения, локализованные непосредственно у вер- [c.230]

В 1940 г. Дикс [24] высказал предположение, что между металлом и анодными включениями (такими, как интерметаллид-ная фаза uAlj в сплаве 4 % Си—А1), выпадающими по границам зерен и вдоль плоскостей скольжения, возникают гальванические элементы. Когда сплав, подвергнутый растягивающему напряжению, погружен в коррозионную среду, локальное электрохимическое растворение металла приводит к образованию трещин к тому же растягивающее напряжение разрывает хрупкие оксидные пленки на краях трещины, облегчая таким образом доступ коррозионной среды к новым анодным поверхностям. В подтверждение этого механизма КРН был измерен потенциал на границе зерна металла, который оказался отрицательным или более активным по сравнению с потенциалом тела зерна. Более того, катодная поляризация эффективно препятствует КРН. [c.138]

С дальнейшим снижением температуры возрастает объемная прочность жидкости, уменьшается ее объем, увеличивается число контактов между зернами. Одновременно с этим повышается и прочность самих границ зерен. При некоторой температуре границы упрочняются настолько, что разрушение начинает проходить не по ним, а по телу самих зерен (точка А). Такая температура названа эквикохезивной. При этом пластические свойства материала возрастают, так как деформация уже не концентрируется по малым прослойкам между зерен, а воспринимается всем агрегатом в достаточной степени равномерно. Температура резкого возрастания пластических свойств находится ниже температуры равновесного солидуса и носит название нижней границы хрупкости (Т г.). Интервал температур, заключенный между верхней и нижней температурной границами хрупкого состояния металла, называется температурным интервалом хрупкости или сокращенно т.и.х. [c.476]

В [16] экспериментально показано, что зависимость удельной энергии разрушения твердых тел от размеров разрушаемого тела инвариантна к масштабу и типу разрушаемого хрупкого материала (стекло, кварц, мрамор и др.) и ввиду нагружения (бурение, взрыв, дробление, удар, землетрясение). Диапазон изменения масштаба разрушенных тел охватывал 15 пространственных порядков (10 ° -10 ). Нетрудно показать, что установленные в [15] значения 1/Вх равные 1/2,1 1/2,6 и 1/3,1 являются корнями обобщенной золотой пропорции, а именно 1/2,1=0,476=Ар2 1/2,6=0,38=Дрз 1/3,1=0,323=Др,. Следовательно при разрушении твердых тел устойчивость микрокластеров с предельно плотностью энергии деформации контролируется законом золотой пропорции, который в данном случае можно представить в виде [c.203]

Критерий Гриффитса. В 1920 г. была опубликована фундаментальная работа А.А. Гриффитса Явления разрушения и течение твердых тел . В ней впервые были выведены уравнения для определения разрушающего напряжения при нагружении хрупких твердых тел. А.А. Гриффитс использовал теорему минимума энергии , согласно которой равновесное состояние твердого тела при нaгpyжe raи в ynpyiofi области отвечасг минимуму потенциальной энергии системы в це гом. При анализе критерия разрушения А.А. Гриффитс дополнил эту теорему положением о том, что состояние равновесия возможно, если оно отвечает условию, при котором система может переходить от неразрушения к разрушению путем процесса, включающего непрерывное уменьшение потенциальной энергии. [c.288]

Болылая часть изложенного в книге материала относится к проблеме вычисления предельных нагрузок для тел с трещинами, т. е. первой из перечисленных задач механики хрупкого разрушения. Прежде всего это связано с ростом перегрузок разного вида, которые приводят к необходимости считаться с наличием трещин и вводить их в расчет при оценке запасов и надежности сооружения. Кроме того, не малую роль играет прогресс п создании новых материалов и сплавов, обладающих все более высоким потолком прочности. Если для технического коиструкцио н-пого железа (литое железо) в течение XIX века предел прочнсюти [c.13]

Наконец, следует сделать заключение о раскрытии в конце трещины. Ясно, что для реальных материалов в результате пластического течения раскрытие больше нуля и может считаться как постоянной материала, так и величиной, зависящей от внешней нагрузки. Причем рассчитанные примеры показали, что и в том, II в другом случае расхождение между критическими состояниями невелико (линии 2 и 5 на рис. 18.1, 18.3, 18.4). Более того, начиная с некоторого значения размера трещины, предположение о нулевом раскрытии практически также не изменяет критическое состояние. Отсюда можно сделать вывод, что принятие той или иной гипотезы о степени постоянства раскрытия в конце трещины можно скорее обосыовать удобством расчета, нежели соображениями его точности. К этому можно добавить, что детали деформации, отражающиеся на раскрытии в малой окрестности конца трещины, сильно зависят от размера зерна, его анизотропии и неоднородности (а также и от других причин), что вносит в эксперимептальное измерение раскрытия некоторую долю не-определенности, позволяющую относиться к результатам непосредственного измерения малых значений раскрытия в конце трещины с известной осторожностью [51]. Поэтому при хрупком разрушении достаточно знать плотность работы разрушения измеренную па образцах с достаточно большой трещиной, и техническую прочность Оо гладкого образца (в отсутствие трещины). Этих параметров достаточно для построения области предельного состояния тела с трещиной и с ограниченной прочностью при = 0. [c.143]

Подстановка значения t - t. в функционал (45.6) показывает, что H(t,) = 0. Следовательно, найденное время переключения (45.11) удовлетворяет всем условиям поставленной задачи. Другие значения t которые могут быть получены из условия H(t.) = О, не рассматриваем, так как для достаточно хрупкого состояния тела скорость крекона должна быть наибольшей из возможных в данном решении. [c.335]

К настояще]иу времени издан ряд книг по физике твердого тела как советских, так и зарубежных авторов. Каждая из них хороша по-своему. Большинство изданий, однако, могут служить учебпымн пособиями либо лишь по разделу Физика твердого тела в курсе общей физики, либо по соответствующему спецкурсу во втузах. В связи с такой направленностью учебных пособий в них недостаточно полно отражено современное состояние физики твердого тела. К наиболее удачным пособиям следует отнести книги Н. Ашкрофта и Н. Мермина Физика твердого тела (М., 1979) и Ч, Кит-теля Введение в физику твердого тела (М., 1978), в которых, правда, главное внимание уделено теории твердого тела. Однако в них, так же как и в большинстве других книг, недостаточное внимание обращено на такие важные разделы, как физика некристаллических веществ, дефекты и диффузия в твердых телах, вязкое и хрупкое разрушения твердых тел. Кроме того, различие в планах и программах подготовки специалистов в зарубежных (а эти книги изданы как учебные пособия для американских вузов) и наших вузов не позволяет в полной мере использовать данные учебные пособия. [c.6]

Другим фактором, затрудняющим перемещение дислокаций, является легирование твердых тел примесями. Известно, что малые добавки примесных атомбв улучшают качество технических сплавов. Так, добавки ванадия, циркония, церия улучшают структуру и свойства стали, рений устраняет хрупкость вольфрама и молибдена. Это, как говорят, полезные примеси, но есть примеси п вредные, которые иногда даже в незначительных количествах делают, например, металлические изделия совсем непригодными для эксплуатации. Так, очистка меди от висмута, а титана — от водорода привела к тому, что исчезла хрупкость этих металлов. Олово, цинк, тантал, вольфрам, молибден, цирконий, очищенные от примесей до 10 —10" % их общего содержания, которые до очистки были хрупкими, стали вполне пластичными. Их можно ковать на глубоком холоде, раскатывать в тонкую фольгу при комнатной температуре. [c.135]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...