Структурные механизмы разрушения

Физическая картина прочности полимерных материалов становится более ясной, когда известен структурный механизм процессов разрушения. Однако, если в математическом и функциональном описании прочности полимеров при различных условиях нагружения и температурах достигнуты значительные успехи, то структурный механизм разрушения — это наименее изученная сторона проблемы их прочности. Сложность состоит в различном физическом состоянии и многообразии структурных форм полимерных материалов, обладающих значительной лабильностью при изменении температуры и условий деформирования. [c.117]

СТРУКТУРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РАЗРУШЕНИЯ 1. МОДЕЛИ РАЗРУШЕНИЯ [c.62]

Вязкость разрушения существенно зависит от температуры, так как с ней связаны свойства пластичности металлов, отражающие особенности структурного и суб-структурного механизма элементарных процессов пластической деформации. Понижение температуры способствует образованию хрупкого состояния и наиболее ярко выражено для конструкционных металлов на основе железа. [c.40]

Разделение диаграммы на отдельные области производится по данным структурных исследований с учетом сложившихся в последние годы представлений об эволюции дислокационной структуры и механизмах разрушения металлов [9, 81, 4391. Можно выделить (см. рис. 5.18) следующие четыре области А —область зарождения несплошностей по границам зерен Б — область роста несплошностей по границам зерен В — область возникновения и роста несплошностей по субграницам Г — область динамической рекристаллизации. [c.221]

Автомодельное поведение материала в области I и П1 проявляется, в первую очередь, в неизменности механизма разрушения, следовательно, в неизменности наблюдаемого рельефа излома независимо от свойств (механических характеристик) и структурного состояния материала. Из качественного анализа рельефа излома, когда разрушение реализовано в области I или П1, нельзя сделать заключение о том, каким было внешнее воздействие (скорость нагружения, температура, количество и направление действия сил и др.), и невозможно определить, какой материал разрушен (на какой основе), а также каковы его структурные особенности. При низкой скорости деформации могут проявляться и доминировать процессы скольжения в случае вязкого разрушения, и межзеренное проскальзывание в случае хрупкого разрушения. Однако эти особенности формирования рельефа излома могут быть одновременно следствием попадания в температурный интервал [c.82]

Все сказанное справедливо, в том числе и соот- ношение (12.5), если экспериментально в условиях совместного растяжения (изгиба) и скручивания образцов установлен факт эквидистантного сме- щения кинетических кривых при изменении угла скручивания при сохранении неизменным ведуще- i го механизма разрушения применительно к алюминиевому сплаву АВТ-1. Такие испытания были выполнены на образцах, которые были вырезаны из лонжеронов лопастей, что позволило соблюсти структурное подобие свойств материала образцов и лонжеронов [4, 6]. [c.651]

Проведение эксперимента. Анализ литературных данных свидетельствует о том, что процесс разрушения металлов и сплавов при объемном циклическом деформировании характеризуется однозначными закономерностями структурных изменений только в области малоцикловой усталости. На этом основании область контактных давлений, превышающих предел текучести материала, была выбрана для анализа закономерностей структурных изменений при трении. Малоцикловая усталость (область пластического контакта) реализуется преимущественно при сухом трении скольжения при больших контактных давлениях и температурах выше 100 °С. В этих условиях работают муфты, тормозные устройства, опорно-поворотные круги экскаваторов [20, 22, 51, 93]. Наиболее распространенным материалом в такого рода узлах являются стали и металлокерамики на железной основе. Выбор материала для исследования (сталь 45) обусловлен не только его практической применимостью в узлах трения, но и изученностью с точки зрения развития разрушения при объемном циклическом деформировании, что является необходимым условием для сопоставления механизма разрушения при объемной и фрикционной усталости. [c.38]

Определение параметра фрикционной усталости t является важной задачей при количественной интерпретации усталостного механизма разрушения. Способы его прямой и косвенной оценки кратко рассматривались ранее. Результаты, приведенные выше, свидетельствуют о том, что метод количественного анализа структурных изменений может быть предложен в качестве нового прямого метода определения параметра t. Достоинство этого метода заключается в том, что структурные изменения являются комплексной характеристикой, отражающей воздействие на материал как условий трения, так и влияние окружающей среды. Полученные значения t показывают, что процесс трения осуществлялся в области пластического контакта, где его величина чаще всего равна 2—3. При испытании на модели фрикционного контакта для стали 45 другим методом получено приближенное значение f = 1,3 1511. [c.73]

Роль частиц износа в понимании механизма разрушения поверхностных слоев при трении важна и многообразна. Их изучение — единственный способ оценить толщину слоя, ответственного за разрушение, что позволяет проводить более обоснованный выбор методов исследования при анализе структурных изменений, предшествующих разрушению на фрикционном контакте. Частицы износа отражают как адгезионные свойства материала, так и его способность деформироваться нри трении. Состав частиц позволяет судить о температуре на фрикционном контакте и о преимущественном износе той или иной фазы в многофазных материалах. Форма и размер частиц — индикатор нормальной работы пары трения. Доказательством важности исследования продуктов износа для понимания механизма изнашивания может служить теория износа отслаиванием , где анализ формы и размера частиц позволил сформулировать механизм их образования и экспериментально подтвердить его путем целенаправленного исследования поверхностных слоев контактирующих материалов [126]. [c.80]

Результаты испытаний по новой методике ряда марок наплавленного металла показали хорошую сходимость с данными производственной практики. Помимо сравнительных испытаний на износостойкость можно, пользуясь разработанной методикой, проследить механизм разрушения рабочей поверхности исследуемого металла, а также оценить влияние различных структурных факторов на изнашивание в условиях одновременного воздействия трения и циклических теплосмен, [c.16]

Межкристаллитная жидкостная коррозия может развиваться в трех участках сварного соединения в основном металле, на некотором удалении от шва в металле шва в основном металле непосредственно у линии сплавления (ножевая коррозия, рис. ПО). Механизм разрушения сварного соединения в результате структурной коррозии в общем одинаков, независимо [c.275]

Относительно III критерия следует заметить, что в случае, когда изменение вязкости происходит за счет частичного разрушения вторичной структуры (механизм 2, Б, 6) или за счет редукции первичных частиц (механизм 1, IV и 2, А), то должен быть низший предел структурной вязкости. Разрушение или редукция могут быть эффективными при преодолении связи — первичной или вторичной — между атомами и молекулами, а это возможно лишь тогда, когда напряжения, полученные при деформации, достигнут и превысят определенный предел. Ниже этого предела дисперсионная система как целое является простой ньютоновской жидкостью. [c.271]

Изменение условий трения (нагрузка, скорость, режим смазки и др.) может привести к резкому изменению сопротивления материалов изнашиванию (рис. 20.31, а, б). Это связано с возникновением в поверхностном слое материа.лов критических температур, давлений, приводящих к необратимым структурным изменениям в зоне контакта. Образование новой структуры приводит к изменению интенсивности и даже механизма разрушения поверхности (механизма изнашивания). Сильное и многообразное по характеру влияние условий испытания на интенсивность изнашивания металлических материалов обусловливает необходимость проведения испытаний на изнашивание в возможно более широком интервале нагрузок, скоростей, условий смазывания, температур и др. (см. рис. 20.31, а, б). [c.401]

В реальных веществах разрушение всегда осуществляется за счет каких-либо неоднородностей или несовершенств кристалла. Есть два полярных случая такого поведения на элементах структуры, существовавших до начала деформации вследствие создания новых структурных разновидностей несовершенств. Примерами служат обнаруженный в [186] и исследованный в [184, 9, 54] механизм вязкого зернограничного разрушения iia исходных границах зерен и механизм разрушения по границам фрагментов, образующихся в процессе деформации [182, 133]. [c.65]

Изучение влияния исходной надмолекулярной структуры покрытий на их устойчивость к процессам старения позволило установить, что характер и плотность упаковки структурных элементов определяют механизм разрушения покрытий под воздействием эксплуатационных факторов. Закономерности образования надмолекулярных структур практически не зависят от условий старения покрытий. Изменение этих условий определяет лишь вид и степень разрушения покрытий, что, тем не менее, существенно сказывается на защитном действии покрытий. Старение покрытий в различных условиях эксплуатации проявляется в потере блеска, изменении цвета, мелении, растрескивании, отслаивании и возникновении подпленочной коррозии. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что практически все свойства покрытий обусловлены процессами структурных превращений, протекающих на молекулярном, топологическом, надмолекулярном и фазовом уровнях. [c.84]

Этот механизм разрушения (рис. 2.31) свойствен многим металлам и сплавам с разными типами кристаллической решетки. В сталях механизм межкристаллитного разрушения действует в условиях коррозионного растрескивания под напряжением, водородной и тепловой хрупкости, ползучести и т.д. Из самого названия следует, что механизму хрупкого межкристаллитного разрушения соответствует ситуация распространения хрупкой трещины по границам кристаллитов. Чаще всего при использовании названия этого механизма подразумевают случаи распространения хрупкой трещины по границам каких-либо структурных элементов без уточнения, по каким именно. Это особенно очевидно для закаленных и закаленно-отпущенных сталей. Хрупкая трещина может проходить по границам бывших зерен аусте-нита, границам пакета реек мартенсита и (или) границам реек (субзерен) и пластин мартенсита. [c.53]

А/С, При которых у материала с данным структурным состоянием критический размер циклической зоны становится сопоставимым с характерным структурным элементом (размером зерна, размером первичного зерна аустенита и т.п.), является порогом, отвечающим смене механизма разрушения — переходу от стадии I к стадии II. Из того факта, что переход от стадии I к стадии II контролируется достижением порогового значения [c.117]

Современные представления о структурном механизме деформационного старения и его роли в развитии разрушения нри малоцикловой усталости [c.5]

В настоящее время становится все более очевидным, что прочностные свойства материалов связаны с их структурой через механизмы разрушения. Понятия механизм разрушения , как и структурный уровень , являясь нетрадиционными, занимают все более видное место и в материаловедении, и в механике, когда речь идет о прочностных свойствах таких материалов-конструкций. [c.4]

В предлагаемой читателю монографии рассмотрены методологические основы и примеры применения нового подхода к прогнозированию механических свойств композиционных материалов на основе анализа микро- и макро механизмов разрушения. Методом для реализации этого подхода является структурно-имитационное моделирование процессов на ЭВМ. [c.4]

Реформацию об отдельных микро механизмах разрушения, их последовательности и взаимодействии получают, используя разнообразные экспериментальные методы, например, микро структурные (металлографические) исследования и фрактографический анализ. В то же время получение критериев локальных разрушений и анализ взаимодействия микромеханизмов разрушения проводятся на основе исследования перераспределения напряжений в материалах, сопутствующего отдельным актам раз- [c.8]

Структурный механизм разрушения полимерных стекол при действии статических и динамических нагрузок описан в [3, 4, 25— 27J. При определенных условиях (достаточно высокие температуры и малые напряжения) твердые полимеры в процессе разрушения обнаруживают холодное течение с последующим хрупким разрывом. При воздействии относительно больших для данной температуры напряжений наблюдается классический хрупкий разрыв с медленной термической и быстрой атермической стадиями. Он сводится к преимущественному росту одной или нескольких раз-рушающих трещин. При этом образуются зеркальная (первая стадия) и шероховатая (вторая стадия) зоны на поверхности разрыва образца. С повышением температуры размер зеркальной зоны увеличивается, а шероховатой — уменьшается. При низких температурах и достаточно больших напряжениях шероховатая зона имеет гиперболические линии скола. По фрактограммам поверхности скола можно судить о кинетике роста разрушающих трещин. [c.118]

Из приведенного расчета следует, что при испытании стали 15Х2МФА на трещиностойкость при Г = 20°С происходит смена механизма разрушения (рис. 4.17). При этой температуре выполнены условия (Ti ((е )см) = ((еОсм) и + + тте(20 °С)/((е )см) = Od, где (е )см — деформация, отвечающая смене механизма в структурном элементе у вершины [c.236]

Полученная расчетом температура смены механизма разрушения Тс.гл хорошо соответствует экспериментальным результатам фрактографические исследования показывают, что при температурах, близких к Тс.м, в первом структурном элементе практически отсутствует рельеф микроскола и поверхность разрушения чашечная, а это характерно для вязкого разрушения [113, 207, 385]. [c.237]

Из приведенного анализа структурных напряжений при расслаивании материала 4П следует, что реализация механизма расслаивания, пространственно-армированного прямыми волокнами материала, зависит от ряда факторов. На нее могут влиять не только геометрия структуры армирования, но и размеры образцов, вид их нагружения. Условия, при которых происходит смена механизма разрушения от расслаивания по границе фаз до разрушения матрицы и волокон, исследованы пока недостаточно. Изучение такого рода переключения ь механизмах разрушения миогона-правленных пространственно-армированных материалов имеет принципиальное значение при определении прочности, целевом использовании материалов в различных деталях, стро-1 он регламентации их нагружения. [c.200]

При температурах выше О.ЗГпл (800 °С) в молибдене наблюдается внутризеренная ползучесть. Результаты испытания на ползучесть в интервале температур 0,5—0,8Гпл (1000—2000 °С) и скоростях нагружения до 10 С- показывают, что в таком случае преобладающим механизмом разрушения является межзеренное разрушение. При температурах выше 0,8Гпл (2000 °С) в молибдене наблюдаются рост зерна и другие структурные изменения, происходящие в процессе деформации. Механизм разрушения — разрыв. [c.213]

MПa м / , если не превысил пороговую величину = 28 МПа-м / (рис. 6.10). Переход к (K i)max 30 МПа-м / и выше приводил к тому, что после достижения некоторой минимальной скорости роста при (АКт) около 2 МПа-м трещина не останавливалась, а начинала ускоряться, несмотря на последовательное снижение размаха КИН. Такое поведение материала может быть отнесено к существующей чувствительности титановых сплавов к размеру зоны пластической деформации [31]. Структурная чувствительность материала связана с тем, что при размере зоны пластической деформации меньшем, чем размер субзерна, трещина может ускоряться из-за смены механизма разрушения — трещина распространяется по границам пластинчатой двухфазовой структуры. В этом случае при высокой асимметрии цикла нагружения может возникать явление роста трещины при низкой температуре окружающей среды аналогично тому, как это происходит в сталях при их замедленном хрупком разрушении. Развитие разрушения обусловлено высокой концентрацией нагрузки из-за наличия значительной по своей протяженности трещины и имеющей место чувствительности межсубзеренных границ к реализуемому напряженному состоянию. [c.297]

Механизм разрушения металлов и сплавов в условиях циклической пластической деформации (область малоцикловой усталости) был раскрыт при сочетании изучения механики материала и его структурных изменений [87, 88J. Результаты исследования на алюминии, техническом железе и меди показали, что циклическая пластическая деформация представляет собой трехстадийный процесс, в котором каждая из стадий характеризуется присущими ей особенностями и структурными изменениями. Последовательные стадии циклического деформирования схематически отображены на рис. 15. Выбор осей координат обусловлен тем, что для целого ряда металлов справедливо следующее соотношение [87] [c.34]

При обработке экспериментальных данных по ползучести и длительной прочности часто оказьшается необходимым вводить не один, а несколько однотипных параметров, отражающих различные частные структурные механизмы. Например, введение двух параметров поврежденности и Ш2 позволяет получить единую систему, описывающую перелом на кривой длительной прочности, разделяющий вязкое и ква-зихрупкое разрушение. [c.116]

Основное отличие уравнения (IV.4) от (IV.3) состоит в том, что в предэкспоненциальный множитель входит а. Поэтому уравнение (IV.4) имеет физический смысл и при а = 0. Если сравнивать эти зависимости применительно к полимерам, то значениям 7 и шР придается различный физический смысл. Согласно (IV.3) у — структурная константа, учитывающая неоднородность распределения напряжений по цепям в объеме полимера, она определяется механизмом перераспределения напряжений между цепями. Наличие неоднородности напряженного состояния химических связей в объеме полимера под нагрузкой доказано экспериментально [8, с. 150] методом ИК-спектроскопии. В уравнении (IV.4) произведение соР характеризует неоднородность напряжений только в элементарном объеме в устье трещины и не учитывает неравномерность их в объеме. Несмотря на различие в трактовке физического смысла констант То и v и шр, основой обоих рассмотренных уравнений является термофлуктуационный механизм разрушения. Поэтому уравнение (IV.3) хорошо описывает зависимость т от сг для большинства застеклованных или предельно ориентированных полимеров, в которых зона разрушения, как правило, ограничена вершиной одной или нескольких растущих трещин и значение V меняется незначительно в процессе разрушения. [c.114]

Восьмая глава посвящена исследованию упругопластического деформирования и структурного разрушения слоистых композитов. Рассматривается постановка и рш1ение стохастических краевых задач в перемещениях и напряжениях для общего случгш нелинейных определяющих соотношений пластически сжимаемых и случайно чередующихся слоев с учетом разброса прочностных свойств и возможных механизмов разрушения. Граничные условия задач соответствуют произвольно заданному макроскопически однородному деформированному или напряженному состоянию композита. Моделируются многостадийные процессы деформирования и разрушения слоистых композитов. В данной главе, как и в предыдущей, закритическая стадия деформирования, проявляющаяся в разупрочнении материала, обнаруживается при решении задач как результат структурного разрушения. Это позволяет на базе использования апробированных моделей механики композитов в ходе проведения вычислительных экспериментов исследовать основные закономерности закритического деформирования композиционных материалов различной структуры. [c.12]

Вид функционала G определяется при помощи экспериментальных данных или же при помощи структурной теории конкретного механизма разрушения, раскрьшающей природу и внутреннюю структуру конца трещины. Коль скоро функционал G известен, закономерность (1.15) представляет собой интегродифференциальное уравнение относительно размера трещины (длины, радауса и т. п.). Решение этого уравнения позволяет определить движение фронта трещины во времени, т.е. полностью решить проблему разрушения. [c.14]

Большинство современных высокопрочных композиционных материалов имеют волокнистую или слоисто-волокнистую структуру. Их поведение в процессе разрушения существенно отличается от поведения традиционных конструкционных материалов, применительно к которым развита механика разрушения. Для композиционных материалов характерно наличие двух и большего числа структурных параметров, имеющих размерность длины, а также двух и большего числа качественно различных механизмов разрушения па уровне структурных элементов, поэтому возможности применения классической (линейной) механики разрушения к этим материалам ограничены. Это признают даже те экспериментаторы, которые получают на опыте подтверждение зависимости Гриффитса—Ирвина и используют понятие критического коэффициента интенсивности напряжений в качестве меры трещиностойкости однонаправленных композитов. Для преодоления указанных трудностей необходимо либо дать формальное многопараметрическое обобщение линейной механики разрушения, либо развить структурные модели, учитывающие особенности поведения композитов. [c.149]

В процессе длительного статического нагружения в результате-действия высокой температуры и накопления деформаций ползучести в большинстве конструкционных материалов, особенно в жаропрочных никелевых сплавах, являющихся метастабильными, происходят структурные изменения, связанные с выпаданием, коагуляцией и растворением упрочняющих фаз, в результате чего изме-HHef H соотношение между прочностью зерен и их границ, происходит охрупчивание материала, изменяется тип разрушения. При-наличии указанных изменений в механизме разрушения, трудно ожидать, что критерий длительного разрушения при сложном напряженном состоянии окажется независимым от температурно-временного диапазона испытаний и свойственных ему изменений в структуре и особенностях разрушения материала. Большая серия опытов Джонсона, проведенных при сочетании растяжения с кручением на молибденовой стали при Г=500°С, меди при 7 = 250°С [c.12]

Действие сдвигового механизма разрушения проявляется в разных условиях нагружения и структурной неоднородности. Определено участие сдвига в формировании микрорасслоений в сталях с феррито-перлитной строчечностью и раскатанными неметаллическими включениями. [c.36]

В данном случае влияние структуры материала на скорость и время до разрушения учитывается структурным параметром, который можно с использованием соотношения (100) представить в виде y=aai/энергию активации, зависящую от условий нагружения и структуры материала. Начальную энергию активации U , отвечающую энергии активации разрыва межатомных связей, согласно [45, 46], можно определить по величине энергии сублимации. В развитие этой концепции С. Н. Журковым был предложен дилатонный механизм разрушения и сделан важный вывод о взаимосвязи элементарных механизмов разрушения и пластической деформации, действующих одновременно. К настоящему времени выделен спектр микромеханизмов разрушения, контролирующих вязкое, квазихрупкое и хруп- [c.59]

Говременяые представления о структурном механизме деформацяонного старения и его роли в развитии разрушении при малоцикловой усталости. Л ю т- [c.142]

Глава 4 посвящена непосредственно разработке структурных моделей композиционных материалов, алгоритмизации микро механизмов разрушения и имитационному моделированию на ЭВМ процессов разрушения. Приведены алгоритмы построения линейных, плоских, объемных и ква-зиобъемных структурных моделей композитов с хрупкими волокнами, позволяющие имитировать на ЭВМ различные микромеханизмы разрушения и их взаимодействие, а также воспроизводить качественно различные виды макроразрушения. Исследованы особенности развития процессов разрушения в бороалюминии и углеалюминии в зависимости от объемных долей компонентов, статистического распределения прочности волокон и неравномерности их укладки, а также от степени физико-хи- [c.9]

Исследование микромеханизмов разрушения, опирающееся на структурный и фрактографический анализ, представляет собой чрезвычайно сложную задачу как с позиций статистической механики, так и с позихщй микромеханики разрушения. Применение кибернетических подходов, включающих разработку структурных моделей материалов, алгоритмизацию процессов перераспределения напряжений и имитацию механизмов разрушения на ЭВМ, позволяет наиболее полно учесть, синтезировать и связать разнообразную информацию о последовательности отдельных актов микроразрушений, об особенностях перераспределения направлений между [c.45]

Непосредсхвенная разработка структурных моделей композитов начинается с анализа некоторых подходов, используйщих элементы имитационного моделирования процессов накопления повреждений и механизмов разрушения на микроструктурном уровне материалов (разд. 1). [c.140]

Имитационное моделирование на ЭВМ применялось в работе [109] при исследовании процессов дробления волокон композиционного материала в области концентрации напряжений, вызванной развитием макротрещины, а также в работах С.Т. Милейко, П.А. Егина и С.Х. Сулейманова при изучении механизмов разрушения и кинетики накопления повреждений при циклическом нагружении слоистых и волокнистых композитов [3, Ш], Подробнее эти подходы рассмотрены ниже (ем, гл. 5) при построении структурных моделей композитов, позво- [c.144]

Но аналитическими выражениями, в которые входят усредненные характеристики компонентов и их связи, все же не удается описать такое мно-гообразие взаимодействия микро механизмов разрушения, которое дает работа со структурными моделями. Ниже рассматривается применение структурно-имитационно го моделирования на ЭВМ механизмов разрзопе-ния для прогнозирования длительной прочности композитов, а также для построения кривых ползучести направленно кристаллизованных эвтектических композиционных материалов. [c.216]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...