Процессы механического разрушения твердых тел

Процессы механического разрушения твердых тел [c.20]

Все еще имеющиеся трудности в использовании собственно физических концепций и методов приводят к исследованию проблемы прочности и разрушения твердых тел феноменологическими средствами. Можно отметить три четко-сформировавшихся направления в учении о прочности и разрушении твердых тел. Первое из них —это феноменологические механические теории прочности-теории локального предельного состояния. Второе направление-теория макротрещин. Наконец, третье — это континуальные теории накопление дефектов в твердом теле в процессе его деформирования. [c.540]

Скорость процессов механического разрушения нагруженного твердого тела и соответственно время до разрушения зависят от структуры и свойств тела, от напрял<ения, вызываемого нагрузкой, и температуры. Существует ряд эмпирических формул, описываюш,их зависимость времени до разрыва т (или скорости разрушения Ое)от этих факторов. Наибольшее применение получила установленная экспериментально для многих материалов (чистых металлов, сплавов, полимерных материалов, органического и неорганического стекла и др.) зависимость [c.21]

Скорость нагружения существенно влияет на механизм разрушения твердого тела. При медленном увеличении нагрузки происходит упругая деформация, затем пластическое течение твердого тела, и наконец, его разрыв. Медленное возрастание механического напряжения может сопровождаться протеканием вторичных процессов в твердых телах и соответствующими обратимыми или необратимыми изменениями свойств тела. При большой скорости нарастания механического напряжения обычно происходит хрупкое разрушение большинства материалов. [c.34]

Механизм ЭИ может быть представлен двумя процессами, действующими во времени друг за другом образование в результате электрического пробоя в поверхностном слое твердого тела канала разряда и последующее разрушение твердого тела под действием механических напряжений, возникающих в результате расширения канала разряда при выделении в нем энергии емкостного накопителя. Первая стадия процесса определяет уровень напряжения, при котором реализуется процесс ( рабочее напряжение ). Выбором оптимальных параметров импульсного напряжения и условий пробоя (вид среды, геометрия электродной конструкции) достигаются минимальные градиенты напряжения пробоя. На второй стадии процесса за счет оптимизации преобразования энергии накопителя в работу разрушения достигается минимальная энергоемкость разрушения материала. Техникоэкономическая эффективность процесса в значительной степени зависит от возможности интенсификации процесса разрушения - достижения высоких объемных показателей разрушения в единицу времени при приемлемых удельных показателях энергоемкости. Последнее может осуществляться как за счет увеличения числа единичных актов разрушения в единицу времени путем повышения частоты подачи [c.25]

Очень быстрое выделение большого количества энергии в некотором объеме твердого тела сопровождается различными процессами разрушения, характер которых существенно зависит от общего количества выделяющейся энергии и ее концентрации, от источника и способа выделения энергии, от физико- механических свойств твердого тела. [c.449]

Главное, что будет излагаться в этой книге, по существу, состоит из трех основных частей 1) основные понятия о перемещениях, внутренних напряжениях, деформациях и работе внутренних сил, а также о процессе нагружения малого элемента твердого тела 2) основные механические свойства твердых тел, такие, как упругость и идеальная пластичность, текучесть, ползучесть и релаксация, вязкость и динамическое сопротивление, усталость и разрушение 3) основные кинематические и геометрические гипотезы, упрощающие математическую постановку задач о напряжениях, деформациях, перемещениях и разрушениях твердых тел при различных внешних воздействиях, а также основные уравнения и методы решения задач о деформации и прочности тел. Методы сопротивления материалов отличаются от более строгих методов теории упругости и пластичности в основном введением ряда упрощающих предположений кинематического и геометрического характера и, тем не менее, в большинстве случаев оказываются достаточно точными. [c.12]

Механизм понижения свободной энергии. В основе этого механизма лежит эффект Ребиндера, представляющий собой изменение механических свойств твердых тел при снижении их поверхностной энергии под влиянием поверхностных физико-химических процессов. Физический смысл этих явлений заключается в следующем. В ходе разрушения твердого тела обнажаются и перестраиваются его внутренние связи. Эти связи ослабляются и их разрыв облегчается в том случае, если их частично удается отвлечь на взаимодействие с атомами легко подвижной внешней среды. Поверхностно активная внешняя среда облегчает выход на поверхность дислокаций, движение которых и составляет сущность пластической деформации. [c.449]

В соответствии со сказанным в основу изучения и толкования процессов деформирования и разрушения, определения и использования механических свойств твердых тел в настоящем издании положен принцип неразрывной и тесной взаимосвязи свойств материала, особенностей конструкции и влияния условий нагружения. [c.16]

Деформация и различные другие проявления механических свойств твердых тел являются результатом воздействия некоторых внешних, по отношению к данному элементу тела, факторов. В простейшем случае такими внешними факторами являются механические воздействия. Механические воздействия могут быть заданы, например, системой сил, напряжениями, перемещениями (прогиб, закручивание и т. д.) или работой, последнее чаще при ударных воздействиях. Механические напряжения могут быть вызваны и немеханическими воздействиями тепловыми, магнитными и др. Для оценки подобны.х воздействий на механические свойства их обычно выражают в напряжениях, например стеснение температурного расширения. Для понимания закономерностей деформации, разрушения и механических свойств и особенно для управления (регулирования) процессами деформации и разрушения необ.ходимо привлечение некоторых основных понятий и методов механики. [c.25]

В процессах взаимного контактирования твердых тел большую роль играют исследования вопросов абразивного разрушения при граничном трении. В. Д. Кузнецов (1947) считал, что механизм абразивного изнашивания является предельно простым и сводится к сумме большого числа элементарных процессов царапанья. При этом между явлением простого царапанья и абразивным износом должна суш ествовать глубокая связь. Однако исследования показали, что однозначной зависимости между абразивным износом и механическими свойствами металла не суш[ествует. [c.446]

При очень быстром выделении достаточно большого количества энергии в некотором объеме твердого тела происходят многообразные процессы разрушения, характер которых суш ественно зависит от обш его количества выделяюш ейся энергии и ее концентрации, от источника и способа выделения энергии, от физико-механических свойств твердого тела. [c.449]

Эта область, возникшая на границах физико-химии дисперсных систем и поверхностных явлений с физикой твердого тела и механикой материалов, ставит своей задачей управление механическими свойствами твердых тел различного рода и процессами их деформации и разрушения совместным действием изменений температуры, напряженного состояния, а также физико-химического влияния среды и примесей. [c.24]

Установление зависимостей механических свойств твердых тел и различного рода, структурированных систем, т. е. особенностей протекающих в них процессов деформации и разрушения, от совокупности механических факторов, температуры, состава и структуры исследуемого тела и его физико-химического взаимодействия с окружающей средой. [c.5]

Выяснение этих зависимостей приводит к более полному пониманию механизма процессов разрушения и повышения прочности твердых тел, а также к обоснованию новых путей механической обработки твердых тел, особенно металлов, В свою очередь, это должно привести к комплексным процессам оптимальной механической, физико-химической и термической обработки металлов и сплавов и к новым методам оптимальной упрочняющей технологии. [c.5]

Измельчением называют процесс разрушения твердого тела путем воздействия на него внешних механических сил с целью уменьшения кусков до заданной крупности. [c.18]

Механические свойства тел - основные свойства конструкционных материалов, которые, с одной стороны, определяют их применение, а с другой - являются теми конкретными параметрами, значения которых контролируются и задаются в процессах получения и обработки материалов. Однако механические свойства чрезвычайно важны также для всех функциональных и других материалов. И при получении, и при обработке, и в процессе эксплуатации материалов возникают термомеханические напряжения или же на материал оказывается механическое давление. Какие значения напряжений для каждого конкретного материала окажутся критическими, когда произойдет его разрушение, а в каких пределах можно спокойно работать Как производить пластическую деформацию и механическую обработку наиболее легким способом и, вместе с тем, как придать материалу такие свойства, чтобы он был более устойчив, например, к пластической деформации и трению На эти вопросы отвечает механика твердого тела в разделах, касающихся, в частности, упругого и пластического поведения, а также разрушения твердых тел. [c.138]

Физико-химические процессы воздействия агрессивных сред на неметаллические материалы можно считать в большинстве случаев значительно более медленными, чем процессы разрушения твердых тел под действием достаточно больших механических напряжений — 60—80 % от разрушающего напряжения. При таких уровнях механических нагрузок интенсифицируются сорбционные процессы, однако их вклад в процесс разрушения несущественен. Эффект среды проявляется при более низких напряжениях. [c.49]

Рабочая жидкость и активные добавки в составе суспензии или пасты усиливают действие адсорбционных процессов, ускоряют механические процессы, приводящие к разрушению твердых тел. [c.255]

Результаты изучения деформационного поведения, коллекторских свойств и процесса разрушения пород в этих условиях проанализированы с привлечением современных теоретических представлений о процессах деформации и разрушения твердых тел, развитых в физике твердого тела и механике сплошных сред. Обсуждены особенности деформационного поведения горных пород как неоднородных пористых сред и обоснована теоретически и экспериментально зависимость всех физико-механических свойств пород от объемных деформаций, определяющих несущую способность, а следовательно, и сопротивление пород разрушению. [c.4]

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]

В настоящей книге излагается предложенный авторами второй путь — физико-механическое моделирование процессов разрушения металлических материалов (правая часть схемы на рис. В.1), который наиболее продуктивно может применяться для анализа прочности и ресурса конструкций, работающих в сложных термосиловых условиях нагружения. Физико-механическое моделирование процессов разрушения материалов и элементов конструкций основывается на системном подходе к проблемам механики сплошной деформируемой среды, механики разрушения и физики прочности твердого тела. Данный подход позволил рассмотреть в органическом единстве задачи [c.9]

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]

Важным вопросом является зарождение и рост трещин, являющихся причиной хрупкого разрушения. Трещины могут возникать в процессе получения твердого тела и особенно при его механической обработке. Существует несколько возможных механизмов зарождения трещин при приложении к твердому телу механического напряжения. [c.139]

Итак, предел прочности твердых тел еще далек, и нужна огромная и кропотливая работа для его достижения. Эта работа, в частности, касается развития количественной теории дислокаций, требует окончательной разгадки механизма образования усов , изучения влияния малых примесей на процессы деформации и разрушения. Злободневной проблемой является проблема получения материалов особой чистоты, поскольку большинство физических свойств твердых тел (не только механических) определяется присутствующими в них примесями. [c.140]

Методы испытания твердости проще всех других методов механических испытаний. Однако не только поэтому эти методы испытаний широко вошли в практику как указывает Л. А. Шрей-нер , механические свойства твердых тел, выявляемые при испытаниях на твердость, имеют и самостоятельное значение автор считает, что твердость является основной характеристикой различных процессов механического разрушения твердых тел. [c.236]

Твердые тепа, как пра1шло, содержат много неоднородностей, к которым относятся дефекты в самой структуре и микротрещины различных размеров. В процессах механического разрушения твердого тела под влиянием внешних усилий, передаваемых телу каким-нибудь инструментом, еще до видимого разрушения в деформированных слоях возникают зародышевые микрощели, которые при устранении внешних усилий благодаря действию молекулярных сил сцепления могут вновь смыкаться. В эти микрощели пропинает жидкость, смачивающая данное твердое тело, или молекулы поверхностно-активных веществ, содержащихся в этой [c.134]

При этом уравнение (223) описывает механохимический эффект, а уравнение (222) — эффект, названный нами хемомехани-ческим. Оба эффекта взаимодействуют, усиливая друг друга механохимическая активность тела увеличивается с появлением новых дислокаций из-за хемомеханического эффекта, а усиление хемомеханического эффекта обусловливается увеличением скорости механохимического растворения. Такой самоускоряю- щийся процесс назовем автокаталитическим механизмом химика- [ механического разрушения твердого тела в активной среде, обу- [ словленным развитием перекрестных и сопряженных эффектов. [c.139]

П. А. Ребиндера по понижению тЕердости под действием поверхностно-активных молекул, ясно показавшие на обширном материале значение физико-химических явлений для процессов механического разрушения и деформаций твердых тел. Интересные исследования явления предварительных смещений при трении принадлежат В. Н. Верховскому и Э. С. Хайкину с сотрудниками. [c.8]

Математическое моделирование, закон поверхностного разрушения твердых тел при трении в общем случае должны учитывать физические, химические, механические явления, контактную ситуацию, изменение геометрических характеристик твердых тел во времени, кинематику движения, структуру и состав поверхностных и приповерхностных слоев, образование химических поверхностных соединений, состояние смазочного слоя. Получение уравнений, характеризующих в общем случае процесс поверхностного разрушения при трении, должно базироваться на синтезе эксперимента и математических моделей, учитывающих физико-химические процессы, механику сплошных сред, термодинамику и материаловедческий аспект проблемы. Разрабатываемый теоретико-инвариантный метод расчета поверхностного разрушения твердых тел при трении основывается на уравнениях эластогидродинамической и гидродинамической теории смазки, химической кинетики, контактной задачи теории упругости, кинетической теории прочности и учитывает теплофизику трения, адсорбционные и диффузионные процессы. Цель данных исследований —в получении из анализа и обобщений экспериментальных результатов критериальных уравнений с широкой физической информативностью структурных компонентов, полезных для решения широкого класса практических задач и необходимых для ориентации в направлении постановки последующих экспериментальных работ. Исследования в данной области будут углубляться и расширяться по мере развития знаний о физико-химических процессах, г[ротекающих при трении, получения количественных характеристик и развития математических методов, которые обобщают опытные наблюдения. [c.201]

В последнее время оформляются новые разделы науки — механохимия и механоэмиссия, посвященные изучению химических реакций, активизируемых механическими воздействиями [22]. Механохимия и механоэмиссия в трактовке процессов химического взаимодействия исходят из того, что любое разрушение твердого тела, поскольку оно неразрывно связано с образованием новой поверхности, а также предшествующим пластическим деформированием, трением, превращением механической энергии в тепловую, обязательно сопровождается также эмиссией электронов, т. е. очень сильным увеличением энергии поверхности. [c.25]

Полное разрушение твердых тел обычно определяют как разделение тела на части под действием механических нагрузок или напряжений, иногда в различных сочетаниях с термическими, коррозионными и другими воздействиями. Однако в зависимости от принятого предположения о строении тел и задач изучения (оценки и регулирования) процесса разрушения определение разрушения может быть различным. При учете структурной неоднородности материала субмикро, микро или макро, разрушение может рассматриваться как нарушение сплошности, соизмеримое с принятым масштабом структурной неоднородности. В механике сплошных сред, твердые тела рассматривают как сплошные обычно квазиоднородные и соответственно разрушение определяют как нарушение сплошности тела. [c.169]

Ультрамикроскопические дефекты в твердых кристаллических телах, создающиеся в процессе кристаллизации, так же закономерно необходимы, как и правильность самой кристаллической рещетки твердого тела. Эти дефекты служат зародышами, на основе которых развиваются микро- и макродефекты—трещинки в цроцессе механической обработки, деформации и разрушения твердых тел. [c.6]

Разрушение под действием мощного фотоизлучения. Новые аспекты исследования прочности и разрушения твердых тел открываются в связи с применением квантовых генераторов, способных создавать лазерные лучи огромной мощности. Исследования напряженного состояния при прохождении лазерного луча были начаты на прозрачных полимерах (органические стекла). Процесс прохождения лазерного луча сопровождается сложными физическими явлениями и при определенной мощности импульса приводит к разрушению прозрачного материала. К настоящему времени накоплен сравнительно небольшой объем физико-механических исследований этого явления. В связи с этим вопросы выделения основных параметров, влияющих на разрушение, а также выявление закономерностей превращения энергии электромагнитных колебаний в механическое напрян гение далеки от своего завершения. [c.466]

В физической механике и молекулярной физике, а тем более в различных разделах механической техно,логии, механические свойства твердых тел и их поведение в процессах деформации и разрушения изучались без должного внимания к физико-химическим факторам, связанным с в.лиянием внешней среды. Во всяком случае всегда считали, что для твердых тел обычных размеров механические свойства при данной температуре в напряженном состоянии всегда определяются только внутренней природой самого тела. [c.12]

Изложенный в этой книге материал показывает, что исследования многообразного физико-химического влияния среды на процессы деформации и механического разрушения металлов образуют в настоящее время новую научную область на границе между молекулярной физикой, физикой твердого тела и физической и коллоидной химией. Эту область, развитую в основном работами советских ученых, можно рассматривать как крупный раздел физической механики, ставящий свос11 целью установление связи механических свойств твердых тел с их химическим составом, строением и со свойствами внешней среды, в которой протекают процессы деформации и разрушения. [c.196]

К тому времени представление о прочности твердых тел, как о величине, пропорциональной их поверхностной энергии, было уже хорошо известно. Это представление казалось очевидным для простого раскалывания, предопределенного наличием совершенной кристаллической спайности (как в известном опыте Обреимова с расщеплением слюды). Совсем иначе следовало рассматривать разрушение твердого тела при диспергировании — тонком измельчении или шлифовании. При этом поверхностная энергия составляет ничтожную долю полного баланса энергии, т. е. величины работы, затрачиваемой на разрушение. Эта доля не превышает одной тысячной или десятитысячной, что и выражается весьма малым физическим коэффициентом полезного действия процессов измельчения — механического диспергирования. Подавляющую часть затрачиваемой работы составляет работа упругой деформации объема данного участка тела при доведении его до предельного состояния (после разгрузки в результате разрушения эта упругая энергия почти полностью рассеивается в тепло) и работа пластических деформаций, приобретающих особое значение при разрушении таких пластичных тел как металлы — например, в процессах резания металлов. [c.6]

В процессе К., как показывает данное выше определение явления, можно выделить следующие стадии 1) отрыв жидкости от твердого тела с понижением давления в образовавшейся полости, свободной от жидкости еслп давление понижается в ней ниже величины 1 ритической для данной температуры, то полость заполняется насыщенными парами жидкости 2) легкое увеличение давления вызывает мгновенную конденсацию воды и образование вследствие конденсации почти полнА о вакуз ма. Если образовавшийся вакуум сохраняется продолжительное время или в силу повторяемости явления многократно возобновляется, то вырывающиеся с поверхности жидггости молекулы составляющих ее элементов, частицы шидкости и увлекаемые ею мельчайшие частицы твердой фазы, всегда находящиеся в природной воде, с огромными скоростями, близкими по величине к скорости звука, бомбардируют твердое тело и механически его разрушают 3) при наличии вакуума жидкость мгновенно заполняет вакуумную полость, причем это заполнение сопровождается гидравлическим ударом 4) попутно с указанными основными разрушительными процессами механич. коррозии и ударами в условиях вакуума и наличия активизированной механич. коррозией поверхности твердого тела происходят интенсивные процессы химич. и электролитич. разрушения твердого тела, т. е. процессы химич. коррозии. [c.276]

Влияние физико-механических свойств твердых тел на их сопротивление изнашиванию в более чистом виде может проявиться при трении этих тел об абразивную поверхность. В этом случае влияние адсорбированных пленок почти исключено, так как при трении металла по абразиву, даже при ничтожно малых нагрузках, зерна абразива при своем внедрении и перемещении обнажают все новые и новые поверхности металла. В процессе трения металла об абразивную поверхность силы адгезии не играют существенной роли, а следовательно, отсутствует осложняющее влияние сопряженных тел. Наконец, в условиях абразив-1ЮГ0 изнашивания происходит активное разрушение поверхностей, при котором прочностные свойства металлов и сплавов должны проявляться наилучшим образом. [c.231]

Если процесс разрушения твердого тела производится в жидкости, обладающей сильным сродством но отношению к данному твердому телу, т. е. с высокой энергией смачивания, то при этом наблюдается значггтель-ное понижение механической прочности т1 срдого тола. Это действие может быть усилено неболыними добавками к жидкости особых активных веществ (понизителей твердости). Так, например, по данным П. А. Ребиндера, применяя понизители твердости при бурении наиболее твердых горных пород (кварциты, граниты и др.), можно повысить скорость бурения на 20—60%. [c.134]

Современная теория физики твердого тела рассмагриваег процесс разрушения материала как постепенный кинетический термоактивационный процесс, развивающийся в механически напряженном материале с момента приложения нагрузки любой величины. [c.122]

Как мы видели, трещина в деформируемом теле создает очаг возмущения напряженного состояния, характерный сильной концентрацией напряжений у ее острия. На первый взгляд любая малая трещина благодаря стремлению напряжений к неограниченному росту с приближением к кончику трещины должна была бы породить прогрессирующий процесс разрушения. Однако такой теоретический результат следует из модели идеально упругой сплошной среды и не соответствует реальным физическим свойствам материала. Дискретная структура реального материала и нелинейность механических соотношений для него в сильной степени изменяют картину фиаико-меха-нического состояния, следующую из линейной теории упругости. В результате, как показывает опыт, в одних условиях трещина может устойчиво существовать, не проявляя как-либо себя, а в других — происходит взрывоподобный рост треш ины, приводящий к внезапному разрушению тела. Существуют попытки проанализировать это явление на атомном уровне методами физики твердого тела. Они представляют определенное перспективное направление в этой проблеме, но, к сожалению, до сих пор полученные здесь результаты далеки от уровня прикладных инженерных запросов. [c.383]

В агрессивных средах разрушение поверхности твердого тела происходит иод влиянием двух одновременно протекающих процессов -коррозии (в результате химического и электрохимического взаимодействия материала со средой) и механического изнашивания. Химическое взаимодействие реализуется при контакте материалов с сухими газами или неэлектропроводными агрессивными жидкостями электрохимическая коррозия - при контакте металлов с электролитами (водные растворы кислот, щелочей, солей и т.д.). При этом наблюдаются два процесса - анодный (непосредственный переход атомов металла в раствор в виде ионов) и катодный (ассимиляция избыточных электронов атомами или ионами раствора). В результате в зоне трения возникает элек1рический ток. [c.137]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...