Хрупкая прочность твердых тел

ХРУПКАЯ ПРОЧНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ [c.53]

Теоретическая прочность твердых тел. Пластическая деформация, протекающая в пластичных твердых телах под действием внешней нагрузки, подготавливает процесс их разрушения, который на последней своей стадии происходит, как правило, хрупко. В непластичных телах разрушение наступает без предварительной пластической деформации и поэтому является всегда хрупким. [c.53]

Теоретическая прочность при разрушении путем отрыва связана с величиной энергии образования двух новых поверхностей и по своей физической природе выражает сопротивление материала абсолютно хрупкому разрушению [114, 116]. Следовательно, теоретическую прочность твердого тела можно определить как максимальное напряжение, необходимое для разъединения образца на две части одновременно по всему его поперечному сечению. Зная энергию образования двух новых поверхностей, расчетным путем можно определить прочность на отрыв при растяжении твердого тела. Такой расчет дает минимальные значения теоретической прочности, равные приблизительно 0,1 модуля упругости при растяжении. За максимальное значение принимают величину, равную 0,5 модуля упругости. [c.6]

Наиболее успешная, по нашему мнению, попытка установить зависимость между скоростью хрупкого разрушения твердого тела и скоростью поверхностной диффузии среды и микротрещины была сделана Бартеневым и Разумовской [56], исходя из кинетической концепции флуктуационной теории долговременной прочности. Они рассмотрели феноменологически кинетику роста разрушающей трещины и предположили наличие трех этапов в общем процессе разрушения в присутствии поверхностно-активной среды. [c.135]

Процесс измельчения можно представить как работу внешних сил, направленную на преодоление внутренних сил, которыми определяется большая или меньшая прочность твердого тела. В процессе измельчения происходит уменьшение кусков материала в результате механических воздействий различных сил раздавливания, раскалывания, истирания или удара. Как правило, при дроблении используется комбинация прилагаемых сил, характер которых определяется свойствами углеродистого материала. Так, для твердых и хрупких материалов эффективны удар или раздавливание, для вязких - раздавливание вместе с истиранием для крупных кусков - раздавливание, для кусков средней величины - удар или раздавливание, для тонких материалов — истирание вместе с ударом и раздавливанием. [c.45]

В реальных условиях прочность твердого тела может зависеть от следующих основных факторов а) вид материала, б) форма и размер тела, в) время, г) число циклов нагрузки (в случае циклического нагружения), д) температура, е) степень агрессивности внешней среды, ж) скорость и предыстория деформирования, з) внешнее излучение и электромагнитное поле. Оказывается, существует некоторая переходная зона изменения указанных параметров, которая отделяет область вязкого разрушения от области хрупкого разрушения, в которой эксплуатация конструкции обычно считается недопустимой. В области вязкого разрушения расчет прочности производят или по теории предельного состояния, или по теориям прочности. [c.23]

Первая и вторая теории прочности. В основе предположения, выдвинутого г. Галилеем, лежали наблюдения над хрупким разрушением твердых тел, хотя он сам хрупкого их характера не оговаривал (отчетливо хрупкие и вязкие разрушения стали различаться в недавнее время, когда стало понятным суш,е-ственное различие их внутренней природы). Как уже упоминалось, хрупкое разрушение образца обычно происходит путем отрыва — разделения образца на части, взаимно смещающиеся по направлению нормали к разделяющей их поверхности. С учетом этого кажется естественным связать хрупкое разрушение с наибольшим нормальным растягивающим напряжением. Точнее рассматриваемое предположение, называемое обычно первой теорией прочности, можно сформулировать так [c.119]

А. Ф. Иоффе в 1923 г. был установлен ряд фундаментальных фактов и выдвинуты основные представления о природе прочности твердых тел. К числу наиболее существенных результатов, относящихся к природе хрупкого разрушения, следует отнести первое — установление взаимоотношения между хрупким и пластичным разрушением при изменении температуры (известное под названием схемы А. Ф. Иоффе хрупкого разрушения) вто- [c.8]

Критерием прочности твердых тел при разных видах деформации должен служить предел упругости, после достижения которого наступает или хрупкое разрушение (тело становится хрупким), или пластическое течение (тело становится жидким). [c.235]

При низких температурах, когда полимер испытывает хрупкое разрушение, температурно-временная зависимость прочности описывается уравнением Журкова. Энергия активации с уменьшением разрушающих напряжений увеличивается в соответствии с флуктуационной теорией прочности твердых тел и при 0 = 0 равняется энергии связей, ответственных за разрушение полимера. Относительные удлинения при разрыве от разрушающих напряжений не зависят. [c.99]

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]

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]

Развитие механики твердого тела на этих стадиях способствовало новой постановке вопросов сопротивления материалов, расчета прочности и долговечности элементов конструкций. Возникла вероятностная трактовка расчета на сопротивление усталости по признаку возникновения трещины, разработаны методы линейной механики разрушения для расчета на сопротивление хрупкому разрушению, методы расчета на сопротивление повторным пластическим деформациям в связи с явлениями усталости в пределах малого числа циклов. Эти методы все шире используются при проектировании высоконагруженных конструкций, они получают отражение в нормативных материалах промышленности. [c.5]

Концентрация напряжений, вызванная упругими трещинами или скоплением дислокаций, существенно влияет на хрупкое разрушение, так как условие разрушения совершенно хрупких (т. е. упругих) твердых тел состоит в достижении максимальным напряжением критической прочности. В пластичных металлах концентрация напряжений подвержена пластической релаксации вследствие зарождения дислокаций и их движения на соседних плоскостях скольжения. Поэтому в процессе развития трещины совершается работа пластических деформаций. [c.66]

Под твердостью понимается способность материала сопротивляться внедрению в его поверхность твердого тела — индентора. В качестве индентора используют закаленный стальной шарик или алмазный наконечник в виде конуса или пирамиды. При вдавливании поверхностные слои материала испытывают значительную пластическую деформацию. После снятия нагрузки на поверхности остается отпечаток. Особенность происходяш ей пластической деформации состоит в том, что она протекает в небольшом объеме и вызвана действием значительных касательных напряжений, так как вблизи наконечника возникает сложное напряженное состояние, близкое к всестороннему сжатию. По этой причине пластическую деформацию испытывают не только пластичные, но хрупкие материалы Таким образом, твердость характеризует сопротивление материала пластической деформации. Такое же сопротивление оценивает и предел прочности, при определении которого возникает сосредоточенная деформация в области шейки. Поэтому для целого ряда материалов численные значения твердости и временного сопротивления пропорциональны. Отмеченная особенность, а также простота измерения позволяют считать испытания на твердость одним из наиболее распространенных видов механических испытаний. На практике широко применяют четыре метода измерения твердости. [c.52]

При больших скоростях деформации жидкость ведет себя как твердое тело, а при соответствующих условиях проявляет способность к хрупкому разрушению. Например, у некоторых жидкостей при скорости удара 23 м/с происходит хрупкое разрушение струи, а при меньших скоростях наблюдается только пластическая деформация струи (рис. 10). Способность жидкости к разрыву определяется объемной прочностью. Под объемной прочностью понимают давление, при котором нарушается сплошность жидкости. Значения объемной прочности при 20° С (в МПа) некоторых жидкостей указаны ниже [c.27]

Уже давно было замечено, что прочность и деформируемость твердых тел завися от той среды, в которой находится тело. Под влиянием внешней среды тело может становиться более пластичным или более хрупким, прочность его может уменьшаться или возрастать. Иногда достаточно микроскопических добавок некоторых веществ во внешнюю среду, чтобы существенно изменить прочность тела. [c.364]

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]

Твердые тела обнаруживают способность упруго деформироваться и имеют разные пределы упругости и разные пределы прочности. Благодаря этому их можно разделить на жесткие н мягкие, хрупкие и пластичные и т. д. [c.178]

Изучение трещин в деформируемом твердом теле имеет началом работы Гриффитса, появившиеся в начале 20-х годов текущего века. В этих работах речь шла в основном о прочности таких типично хрупких тел, как стекла. Гриффитс, во-первых. [c.137]

Возникновение хрупкости — резкое снижение пластичности и прочности. Такие эффекты вызывают обычно жидкие среды, родственные с данным твердым телом по своей молекулярной природе. Для металлов такими средами являются определенные жидкие металлы. Например, латуни и цинк становятся хрупкими в присутствии ртути (рис. 23.2), медь — в присутствии жидкого висмута. [c.229]

Теория предельного равновесия и теория хрупких трещин составляют основу современной механики разрушения. На основе этих теорий было решено много конкретных проблем большого практического значения. Эти теории дают идеализированное описание свойств пластичности и хрупкости, которые присущи в разной мере всем твердым телам. Однако не следует противопоставлять феноменологические теории прочности и теорию трещин, которая расшифровывает феноменологическое понятие сопротивления отрыву, объясняет снижение последнего по сравнению с бездефектным кристаллом и придает ему статистический характер. [c.376]

ГЯАВА I. ХРУПКАЯ ПРОЧНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ [c.3]

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]

Несмотря на сравнительно слабое развитие отечественных механических лабораторий дореволюционного периода и ограниченные материальные возможности, уже в первые годы деятельности советских научно-исследова-тельских институтов были достигнуты в ряде случаев важные результаты например, обоснование схемы перехода от вязкого к хрупкому разрушению твердых тел (А. Ф. Иоффе и др.), применение динамических способов измерения модуля упругости металлов, исследование усталости стали как фактора прочности металлоконструкций (К. К. Симинский и т. д.). [c.35]

Аналитическое рассмотрение концепции прочности пучка волокон и ее связи со статистической вероятностью разрушения хрупких волокон выполнено Кортэном и др. [7]. Этот анализ основан, главным образом, на функции Вейбула, которая связывает функцию вероятности распределения дефектов в хрупком упругом твердом теле с размером образца. Поскольку этот вопрос не будет рассмотрен детально в данном томе, следует обратиться к т. 2 ( Микромеханика ). [c.32]

Бурное развитие техники ставит перед механикой разрушения ряд новых задач. К ним относится, например, проблема влияния на прочность твердых тел облучения (пучки нейтронов, мош,ное фотоизлучение, электромагнитные волны высокой частоты и т. д.). Остановимся весьма кратко на тех аспектах этой проблемы, которые наиболее важны для механики хрупкого разрушения. [c.512]

В восемнадцати предшествующих главах были изложены различные разделы механики деформируемого твердого тела, при этом практическая направленность каждого из них не очень акцентировалась. Но основная область приложения механики твердого тела — это оценка прочности реальных элементов конструкций в реальных условиях эксплуатации. С этой точки зре-нпя различные главы приближают нас к решению этого основного вопроса в разной степени. Классическая линейная теория упругости формулирует свою задачу следуюш им образом дано пекоторое тело, на это тело действуют заданные нагрузки, точки границы тела претерпевают заданные перемещения. Требуется определить поле вектора перемещений и тензора напряжений во всех точках тела. После того как эта задача решена, возникает естественный и основной вопрос — что это, хорошо или плохо Разрушится сооружение или не разрушится Теория упругости сама по себе ответа на этот вопрос не дает. Правда, зная величину напряжений, мы можем потребовать, чтобы в каждой точке тела выполнялось условие прочности, т. е. некоторая функция от компонент о.-,- не превосходила допускаемого значения. В частности, можно потребовать, чтобы нигде не достигалось условие пластичности, более того, чтобы по отношению к этому локальному условию сохранялся некоторый запас прочности, понятие о котором было сообщено в гл. 2 и 3. Мы знаем, что для пластичных материалов выполнение условия пластичности в одной точке еще не означает потери несущей способности, что было детально разъяснено на простом примере в 3.5. Поэтому расчет по допустимым напряжениям для пластичного материала безусловно гарантирует прочность изделия. Для хрупких материалов условие локального разрушения отлично от условия наступления текучести и локальное разрушение может послужить началом разрушения тела в целом. Поэтому расчет по допускаемым напряжениям для хрупких материалов более оправдан. Аналогичная ситуация возникает при переменных нагрузках и при действии высоких температур. В этих условиях даже пластические материалы разрушаются без заметной пластической деформации и микротрещина, возникшая в точке, где 42 [c.651]

Для курса сопротивления материалов, отражающего развитие механики деформируемого твердого тела и усовершенствование расчета на прочность современных конструкций, все более актуальным становится освещение вопросов механики разрушения как основы оценки несущей способности по сопротивлению хрупкому и усталостному разрушению. Эти критерии несущей способности в свете закономерностей распространения макроразру-щения входят в тесную связь между собой, существенно углубляя представления о кинетике образования предельных состояний и запаса прочности в процессе исчерпания ресурса при работе изделий. [c.3]

В первых экспериментальных наблюдениях явления внедрения разряда в поверхностный слой твердого диэлектрика (А.Т.Чепиков) при использовании в качестве модельного материала пластичного фторопласта при пробое в толще материала (в поле продольного среза образца) отчетливо фиксировался обугливающийся след от канала разряда, а на образцах горных пород - воронка откола материала. Этими опытами были начаты систематические исследования физических основ способа и многообразных технологических его применений. Данная разновидность способа разрушения твердых тел электрическим пробоем, использующая эффект инверсии электрической прочности сред на импульсном напряжении, получила название электроимпульсного способа разрушения материалов (ЭИ). Работы многих исследователей свидетельствуют, что гамма пород и материалов, склонных к ЭИ-разрушению, достаточно обширна. Главными предпосылками для разрушения материалов таким способом является их склонность к электрическому пробою и хрупкому разрушению в условиях импульсного силового нагружения. Электрическому пробою подвержено большинство горных пород и руд, различные искусственные материалы -продукты пффаботки или синтеза минерального сырья, а именно те, которые по электрическим свойствам могут быть отнесены к диэлектрикам и слабопроводящим материалам. За пределами возможностей способа остаются лишь руды со сплошными массивными включениями электропроводящих минералов. По условиям разрушения к трудно разрушаемым из диэлектрических материалов относятся лишь не склонные к хрупкому разрушению в естественных условиях пластмассы и резины. Но и в данном случае применение метода охрупчивания материалов глубоким охлаждением делает ЭИ-метод разрушения достаточно эффективным." [c.12]

Многие авторы связывают самопроизвольное хрупкое разрушение твердых металлов при контакте их с жидкими только с по-верхньстным фактором — уменьшением поверхностного натяжения твердого тела (эффект адсорбционного понижения прочности и пластичиости, эффект Ребиндера). Вместе с тем некоторые авторы [27, 2В] указывают иа возможность решающего значения объемного фактора и фактора, свя.занного с напряженным состоянием и растворением твердого металла в жидком. Полагают, что при этом в процессе образования треишп происходит спонтанная релаксация напряжений растяжения. [c.71]

Разрушение твердого тела включает три стадии — инициирова-ппе субкрптической трещины, ее медленный стабильный рост до критических размеров и, наконец, ее быстрое нестабильное распространение. Необязательно, что при разрушении проявляются все стадии. Например, общепризнано, что при разрушении стекол критические дефекты уже существуют в виде поверхностных трещин,, и кратковременная прочность стекол определяется только третьей стадией. В пластичных металлах, в кото Л)1х трещины инициируются накоплением дислокаций, разрушение проходит через все три стадии. Хрупкие густосетчатые полимеры, такие как отвержденные эпоксидные и полиэфирные смолы, по характеру разрушения ближе к минеральным стеклам, чем к пластичным металлам. Поэтому вероятно, хотя и не на все сто процентов, что их прочность определяется, как и прочность минеральных стекол, напряжением, необходимым для распространения уже существующих дефектов. Размеры этих дефектов можно грубо оценить по уравнению Гриффита. Типичные значения разрушающего напряжения для этих полимеров составляют примерно 100 МН/м , модуля Юнга — 3 гH/м , поверхностной энергии 150 Дж/м Расчеты по уравнению 2.1 дают размеры дефектов порядка 30—40 мкм. В наполненных полимерах существуют три возможных типа этих дефектов — дефекты, присущие структуре матрицы, размером Со, частицы наполнителя размером р и расстояние между частицами а. Если частицы наполнителя по размерам превосходят структурные дефекты матрицы и, особенно, если частицы имеют нерегулярную форму, то они могут стать наиболее опасными дефектами наполненных композиций. Если наибольшие значения Со и р меньше расстояния между частицами, то трещина может расти в матрице, преодолевая только ее поверхностную энергию разрушения, до величины, равной а, а затем трещина должна расти, преодолевая и [c.79]

Количественной корреляции между смачивающими свойствами различных жидкостей и долговременной прочностью полимера не установлено, хотя были обнаружены некоторые закономерности влияния поверхностного натяжения на напряжение образования разрушающих трещин в образцах. Оказалось, что для случая хрупкого разрушения, не сопровождающегося набуханием, критическое напряжение растрескивания снижается с увеличением поверхностного натяжения на границе твердое тело— жидкость. Однако попытки связать параметры трещинообразова-ния при реальном разрыве полимеров с какой-либо одной молекулярной константой жидкости, базируясь только на концепции Гриффитса, не увенчались успехом. Говард [57] заметил, что растрескивание полиэтилена в растворах поверхностно-активных веществ усиливается не только с уменьшением поверхностного натяжения, но и с возрастанием способности смачивающих агентов к пленкообразованию. Предложенный индекс активности среды имеет выражение [c.134]

Поиски возможностей оценки прочности реальных тел с дефектами типа трещин привели к созданию механики хрупкого разрушения. Теоретическую основу этой пауки составляют исследования напряженно-деформированных состояний около трещин-разрезов (или других дефектов такого типа) в деформируемых твердых телах, а также критерии их разрушения при заданном поле внешних воздействий. Работы в этом направлении интенсивно проводятся во многих организациях, в частности в Физико-механическом институте АН УССР. [c.3]

Формулы (4.3), (4.5) и (4.6) описывают все характерные особенности моделей хрупкого разрушения. Эти формулы содержат либо объем V, либо в более обш,ем случае меру М, поэтому распределение разрушающего напряжения зависит от абсолютного размера образца. Такое явление называют масштабным эффектом прочности, подразумевая под этим отступление от классических законов подобия, согласно которым разрушающее напряжение не должно зависеть от абсолютных размеров образца или детали. В действительности это отступление является кажущимся. Причина масштабного эффекта прочности состоит в том, что модель Вейбулла содержит дополнительный параметр, имеющий размерность длины (в классической механике деформируемого твердого тела такого параметра нет). Этот параметр — характерный размер р структурного элемента — входит в формулу (4.1) через число л структурных элементов в единице объема, а в формулы (4.3) и другие — через объем структурного элемента Уо- При этом р Уо . Если объел Vo заменен объемом стандартного o6pa3ifa Vs, то размер р входит в величину г , которая принимает смысл характерной прочности образца. [c.124]

Переход твердого тела в хрупкое состояние в 1924 г. был описан А.Ф. Иоффе. Его схема (рис. 4) оказала большое влияние на да11ь-нейшие исследования хрупкости стали. Из нее следовало существование параметра характеризующего сопротивление хрупкому разрушению, - сопротивления отрыву (5 ) или хрупкой прочности, Из [c.12]

При оценке прочности, надежности и долговечности материалов, изделий и конструкций все чаще используют методы механики разрушения, которые позволяют получить количественные решения на основе концепции о хрупком (а точнее, квазихрупком) разрушении твердых тел в результате спонтанного или постепенного суб-критйческого развития в них дефектов, вызывающих образование трещин. [c.4]

Математические формулировки в книге применялись лишь для выражения основ физических закономерностей. Например, выводы формул для расчета остаточных напряжений, которые во втором издании даны сравнительно подробно, здесь опущены (гл. 8). Конечно, провести границы между разделами очень трудно. Теорией механических свойств (или учением о них) разные авторы считают очень разные разделы науки от специальных разделов физики твердого тела, или физической химии, теории дислокаций, вакансий до макроскопических представлений (например, макроскопические теории хрупкого разрушения Гриффитса, Ирвина) или теоретические представления о хладноломкости Н. Н. Давиденкова и его школы. Эти резко отличающиеся по методам и результатам направления еще очень мало объединены и потому пропорциональное и взаимосвязанное изложение различных направлений науки о прочности превыша-2 19 [c.19]

Механизм разрушения твердого тела, по Гриффису, относится к атермическому процессу разрушения, когда тепловые флуктуации в теле отсутствуют или являются несущественными, а потому теория Гриффиса не может объяснить температурно-временной зависимости прочности хрупких тел. [c.24]

К другой группе относят эффекты, которые вызываются в основном обратимыми физическими и физико-химическими процессами, приводящими к понижению свободной поверхностной энергии твердого тела. Эти эффекты приводят к более или менее значительному изменению самих механических свойств материала. Понижение прочности и пластичности твердых тел в результате физико-химического влияния окружающей среды и соответствующего снижения свободной поверхностной энергии тела называется эффектом Ребиндера — по имени П. А. Ребиндера, который в 1928 г. открыл и впервые исследовал этот эффект. Эффект Ребиндера может проявляться на любых твердых телах — кристаллических и аморфных, сплошных и пористых, металлах и полупроводниках, ионнных и ковалентных кристаллах, стеклах и полимерах. В качестве примера проявления эффекта Ребиндера можно назвать значительное понижение прочности стекла или гипса вследствие адсорбции водяных паров. Другой пример — медь, покрытая тонкой пленкой расплавленного висмута, утрачивает присущую ей высокую пластичность и хрупко разрушается при напряжении, которое намного ниже, чем при растяжении на воздухе. [c.228]

В то же время достижения в области физики твердого тела пока не позволяют давать количественные оценки макросвойств материала. При сложившейся ситуации закономерности деформирования и разрушения твердых тел могут быть описаны в форме, пригодной для практического применения, лишь на основе упрощенных понятий и определений с использованием усредненных механических характеристик. Так, понятия о хрупком и вязком разрушении могут служить основой для введения тех или иных критериев прочности. [c.109]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...