Распространение трещин в кристаллических телах

В механике разрушения твердое тело рассматривается как континуум. Однако разрушение металлических тел — процесс дискретный [1, 2]. В теориях хрупкого разрушения, как отмечал В. В. Новожилов, содержится определенная физическая константа — атомный радиус (параметр кристаллической решетки). Эта константа чужда механике разрушения, поскольку последняя рассматривает тело как сплошную среду, а не дискретный конгломерат, но теория распространения трещин не может обойтись без физической константы размерности длины и в случае хрупкого разрушения это будет атомный радиус [1]. [c.251]

Влияние всех этих факторов на механизм разрушения целесообразно рассмотреть начиная со случая работы деталей при умеренных температурах (ниже минимальной температуры рекристаллизации, т. е. в два раза более низкой, чем температура плавления соответствующих материалов) и при монотонно возрастающей нагрузке. В этом случае существуют два основных механизма разрушения материала первый характеризуется доминирующей ролью пластического течения, а второй — распространением трещин. Способность металлических кристаллов к пластической" деформации, определяющая пластичность металлов при умеренных температурах, объясняется с позиции теории дислокаций, которую развивает раздел физики твердого тела, называемый дислокационной физикой. Эта теория исходит из того положения, что хотя кристаллы имеют строго периодическое строение, но в реальных кристаллах даже в условиях идеального термодинамического равновесия возможно существование дефектов кристаллической решетки. [c.80]

Различают два вида разрушения — пластическое и хрупкое. Пластическое разрушение происходит после существенной пластической деформации, протекающей по всему объему тела или его значительной части, и является результатом исчерпания способности материала сопротивляться пластической деформации. Хрупким называется разрушение, происходящее без пластической деформации. Различают также квазихрупкое разрушение, при котором имеет место некоторая пластическая зона перед краем трещины. Квазихрупкое разрушение происходит в наиболее ослабленном сечении при напряжении выше предела текучести, но ниже предела прочности. При хрупком разрушении скорость распространения трещины составляет 0,2—0,5 скорости звука, т. е. достаточно велика, а излом имеет кристаллический вид. При пластическом разрушении скорость трещины мала и составляет не более 0,05 скорости звука, а излом имеет йолокнистый вид. [c.727]

При нагружении твердого тела иооцесс разрушения включает обычно три стадии — инициирование трещины, ее стабильный рост при возрастающей или постоянной нагрузке и нестабильное распространение трещины. Однако не во всех материалах реализуются все три стадии разрушения. В хрупких материалах, всегда имеющих внутренние дефекты, такие как слабые границы зерен в некоторых керамических материалах или поверхностные царапины в минеральном стекле или хрупких полимерных стеклах, представляющие собой зародышевые (начальные) трещины, две первые стадии могут отсутствовать. В менее хрупких материалах, таких как аморфно-кристаллические полимеры или пластичные металлы, нестабильному распространению трещин предшествует их инициирование и стабильный рост по механизму образования микротрещин в полимерах или скопления дислокаций в металлах. Однако, если инициирование и стабильный рост трещин протекают ке всегда, то их нестабильное прорастание всегда является конечной стадией разрушения. [c.52]

Хорошее совпадение теории с экспериментом также следует ожидать для кристаллических материалов, у которых при распространении трещины происходит расщепление кристаллической решетки без заметной пластической деформации. К таким материалам относятся кристаллические тела без дефектов (в частности, без дислокаций), а также жаростойкие неметаллы, имеющие кристаллы с ионной или валентной связью (например, Al. Oa, Si , 31з1Ч4). В этом случае значение S можно оценить как работу расщепления кристаллической решетки, т. е. разрушения межатомных связей. Эта работа пропорциональна энергии взаимодействия атомов в кристаллической решетке в точке перегиба кривой на рис. 2.1, если эту энергию отсчитывать, от минимального значения в положении равновесия при г = г . [c.119]

В настоящее время, говоря о механике разрушения, обычно понимают под этим изучение тех условий, при которых в теле распространяется трещина или система трещин. Но трещины бывают очень разные и рассматриваются они в разных масштабах. С одной стороны, разрушение кристаллического зерна начинается с образования субмикроскопической трещины, расхождения двух атомных слоев на такое расстояние, когда силы взаимодействия между атомами пренебрежно малы. Другой крайний случай — трещина в сварном роторе турбины или в котле атомного реактора, длина я ширина которой измеряется сантиметрами. В первом случае условие распространения трепщны оиределяется конфигурацией атомов на конце (в вершине) трещины. Поскольку речь идет уже не о сплопшой среде, а о дискретной кристаллической решетке, образованной атомами, самое понятие конец трещины становится неопределенным. Изучение такого рода субми-кроско-пических трещин и взаимодействия их с другими дефектами [c.8]

Действительно, на некотором этапе этого процесса, как уже упоминалось, микроповреждеяия объединяются в макротрещины. Можно отказаться от детального изучения возникновения и развития сети микроповреждений (распределение которых по телу должно представлять поле параметра со, фигурирующего в (4.39)), если хотя бы ориентировочно известны начальные размеры и положение макротрещин. А это во многих случаях и в самом деле можно указать довольно точно без детального анализа начальной стадии процесса разрушения (существенное значение имеет тот факт, что между микро- и макротрещинами нет резкой границы часто разрывы в кристаллической решетке с размерами порядка десятков ангстрем оказывается возможным трактовать на языке механики сплошной среды). В результате задача о разрушении тела сводится к задаче о равновесии (или движении) тела с трещинами, определению сопротивления распространению в теле заданной системы трещин и тому подобным вопросам, служащим предметом механики тела с трещинами или, короче, механики трещин. [c.137]

Широко распространенной точке зрения, согласно которой деформационное упрочнение при пластическом течении есть результат возрастания сопротивления среды движению носителей деформации за счет изменения характеров как самих носителей, так и барьеров, в определенной мере противостоит релаксационный переход к описанию этого процесса [2] (см. гл. 1). Он предполагает, что рождение, движение и объединение дефектов в более крупные агрегаты, перестройка дефектов внутри агрегатов и преобразование последних связываются со стремлением нагружаемого объекта снизить уровень напряжений. В таком случае следует учитывать, что поле напряжений внутри объекта неоднородно, а наблюдаемое нарастание деформирующего напряжения отражает некий средний уровень. В связи с неоднородностью поля напряжений пластическая деформация также неоднородна, п развивается локализованно в областях концентрации напряжений. Такие представления позволяют использовать синергетический подход к описанию пластической деформации и рассматривать нагружаемый объект как далекую от равновесия диссипативную систему. При этом предполагается диссипация упругой энергии, поэтому данный процесс напрямую связан с релаксацией полей напряжений. В кристаллических твердых телах релаксация напряжений (а следовательно, и диссипация энергии) может осуществляться рождением и миграцией точечных дефектов, рождением и движением (консервативным пли неконсервативным) дислокаций, образованием и перестройкой дислокационных ансамблей, рождением и перемещением дисклинаций и их ассоциатов, перестройкой и миграцией границ различного рода (блочных, доменных, границ фрагментов и ячеек, межзеренных) и, наконец, нарушением сплошности, т. е. образованием трещин. В специфических условиях релаксация осуществля [c.64]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...