Теории прочности стекла

ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СТЕКЛА [c.20]

Механические свойства стекла и связанные с ними вопросы строения и теории прочности освещены в многочисленных книгах. Укажем некоторые из них. [c.354]

Цай провел сопоставление указанных выше теорий прочности для композита, армированного волокнами в одном направлении. Пример такого сопоставления приведен на рис. 5.4 [5.4]. В качестве матрицы использовалась эпоксидная смола, а в качестве армирующего материала — стекло Е. Проведенные исследования показали, что в основных направлениях композит обладает следующими характеристиками прочности [c.112]

Эта теория подтверждается опытами на растяжение таких хрупких материалов, как камень, кирпич, бетон, стекло, фарфор и др. Так как первая теория прочности не принимает во внимание два других главных напряжения, от которых в ряде случаев тоже зависит прочность материала, то при сложном напряженном состоянии она нередко приводит к расхождению с опытами. [c.134]

Наиболее уязвима с точки зрения термомеханического разрушения поверхность активного элемента как благодаря наличию растягивающих напряжений на ней (табл. 4 и рис. 1.10, а), по отношению к которым предел прочности стекла меньше, чем к сжимающим, так и присутствию более многочисленных (сравнительно с объемом) дефектов (микротрещин, сколов и других), создающих значительную неравномерность действующих на материал локальных напряжений. В соответствии с представлениями статистической теории прочности хрупких тел прочность элементов определяется наибольшим местным напряжением при независимом и случайном распределении дефектов различной [c.26]

Чтобы объяснить это несоответствие, Гриффитс ) предложил теорию, согласно которой такое резкое снижение прочности стекла имеет своей причиной микроскопические трещины, действие которых выражается в концентрации напряжений. Рассматривая трещину как узкое эллиптическое отверстие и пользуясь хорошо известным решением для распределения напряжений близ эллиптического отверстия в пластинке, равномерно растянутой в одном направлении (рис. 175), он находит, что благодаря отверстию [c.428]

В роли критерия технической прочности (прочности материала, определяемой при испытании образцов обычных размеров) первая теория прочности обладает довольно очевидным недостатком при сжатии образцов, когда нет растягивающих напряжений, разрушение по этой теории невозможно. В действительности же хрупкие материалы (такие, как чугун, а также стекла, бетон и другие естественные и искусственные камни), как известно, разрушаются при сжатии. Поэтому иногда первую теорию видоизменяют, связывая разрушение не с наибольшим растягивающим напряжением, а с наибольшим по абсолютному значению нормальным напряжением. При этом имеем, следовательно, условие разрушения [c.120]

Значительное рассеяние значений предела прочности при разрушении стекла, кварца и других хрупких материалов, а также масштабный эффект — явление увеличения среднего значения предела прочности образцов с уменьшением их размеров, были обнаружены сначала экспериментально. А. П. Александров и С. Н. Журков [1] сформулировали некоторые положения теории прочности хрупких тел. Исходным пунктом построения этой теории является понятие неоднородности, под которой понимают отклонение от правильной структуры материала, например, трещины Гриффитса (см. гл. 4). Неоднородности различают по степени их опасности — чем опаснее неоднородность, тем сильнее она снижает прочность образца. Разброс значений прочности в образцах одного и того же размера рассматривали как свидетельство того, что существует набор различных неоднородностей, причем чем опаснее неоднородности, тем меньше их в единице объема. При изготовлении образца поверхностные неоднородности из-за разного рода химических воздействий среды делаются опаснее внутренних и разрыв начинается с наиболее опасной поверхностной неоднородности. При уменьшении размеров образца вероятность наличия более опасной неоднородности уменьшается, что и приводит к возрастанию среднего значения прочности, стремящемуся к своему теоретическому значению (значению прочности для материала с совершенным строением). Эти положения подтверждаются экспериментальными данными для кварца, приведенными в табл. 12.3 [1]. [c.392]

Такого многообразия причин, влияющих на кривую распределения прочности образцов, пока еще не может учесть статистическая теория прочности, и потому она имеет ограниченную область применения для оценки прочности стекла. [c.27]

Основы теории закалки стекла и экспериментальная проверка ее подробно изложены в монографии Бартенева [24], а потому здесь даются лишь основные формулы Бартенева для расчета степени закалки и прочности закаленных стекол. [c.169]

Как видно из предыдущей главы, процесс отжига стекла был бы в значительной мере основан на догадках, если бы не было возможности точно измерять степень и тип натяжений, имеющих место в стекле на любой ступени режима его отжига. Настоящая глава посвящена подобным методам, а также теории, лежащей в их основе. Мы будем вновь ссылаться на оригинальные работы по вопросам отжига стекла Л. 1—3], так как отжиг и анализ натяжений неизбежно связаны с одним и тем же свойством—прочностью стекла. [c.41]

Разрушение лазерных элементов зарождается на боковой поверхности благодаря как наличию растягивающих напряжений, по отношению к которым предел прочности стекла меньше, чем по отношению к сжимающим, так и наличию дефектов (микротрещин, выколов [15]). Общее число этих дефектов растет с увеличением площади боковой поверхности, что приводит к уменьшению прочности. Статистическая теория прочности хрупких материалов дает зависимость (16] [c.124]

Для приблизительной оценки импульсной нагревостойкости материалов определенного типа (например, стекол) можно брать просто величину, обратную температурному коэффициенту расширения 1/а, так как прочие величины, кроме а, входящие в формулу (10-29), изменяются не в столь широких пределах. Импульсная нагревостойкость стекла сильно снижается при неоднородности, а также дефектах поверхности (царапины и т. п.), что легко объяснимо теорией прочности хрупкого тела. Травление поверхности плавиковой кислотой повышает стойкость стекла так же действует закалка. [c.273]

Стойкость стекла к термоударам сильно снижается при наличии неоднородностей, а также дефектов поверхности (царапин и т. п.), что легко объясняется теорией прочности хрупкого тела. Травление поверхности стекла плавиковой кислотой повышает стойкость стекла к термическим ударам также действует и закалка. [c.274]

Технические критерии статического и усталостного разрушения при сложном напряженном состоянии, применяемые обычно в расчетах на прочность / — IV теории прочности и их обобщения [6]), имеют дело только с макроскопическими напряжениями и деформациями (I рода). Последние являются усредненными величинами, определяемыми для всего поликристаллического образца в целом, В частности, критерием разрушения по первой теории прочности служит равенство максимального главного напряжения его критическому значению Рр, равному сопротивлению разрушению при простом одноосном растяжении поликристаллического образца. Действительная картина разрушения сложнее. Задолго до полного разрушения всего образца, при напряжениях, значительно меньших разрушающего, в нем появляется множество микроскопических трещин, свидетельствующих о разрушении отдельных элементов структуры. Это явление легко понять, если учесть, что макроскопические напряжения являются средними по отношению к структурным или микроскопическим напряжениям (П рода), которые могут быть как меньше, так и значительно больше макроскопических напряжений в любом данном сечении тела. Максимальные из числа микроскопических растягивающих напряжений, достигая местной (локальной) прочности материала, приводят к образованию микротрещин. В связи с этим очевидно, что расчет по обычным техническим критериям прочности противоречив, поскольку в основу его положено предположение, по которому разрушение вызывается средними (макроскопическими), а не максимальными (из числа микроскопических) напряжениями. Дело обстоит точно так же, как если бы расчет на прочность пластинки с отверстием производился по номинальным напряжениям, без учета концентрации напряжений у отверстия и независимо от формы и размеров отверстия. В структуре технических материалов (сталей, чугунов, бетона и даже стекла) роль концентраторов напряжений принадлежит особенностям микроскопической структуры (кристаллитам, неметаллическим включе-50 [c.50]

Некристаллические материалы (например, стекло) являются абсолютно хрупкими при комнатной температуре, а разрушаюш,ее напряжение ( /500) значительно меньше рассчитанных значений теоретического разрушающего напряжения, равного приблизительно Ejb. Многие металлы при пониженной температуре склонны к хрупкому разрушению при напряжениях, значительно меньших теоретической прочности металла. Эти явления объясняет теория хрупкого разрушения. Она ставит задачей определение критического состояния, при котором наблюдается катастрофически быстрое распространение трещины. [c.421]

Масштабный фактор проявляется в увеличении хрупкости и снижении механических характеристик металла с увеличением размеров изделий. Статистическая теория дефектов объясняет это влияние тем, что вероятность существования опасного дефекта, облегчающего образование и развитие трещин, уменьшается при уменьшении размеров образцов. Этот вывод статистической теории подтверждается прямым экспериментом. Известно, например, что тонкие стеклянные волокна диаметром 5 мкм обладают в 50 раз большей прочностью, чем массивные образцы, изготовленные из того же стекла. [c.434]

Параллельно с этими теоретическими исследованиями продолжалось экспериментальное изучение концентрации напряжений. Для определения максимальных напряжений, вызванных отверстиями, галтелями и выточками, были проведены испытания с использованием моделей, выполненных из хрупких материалов, таких, как стекло 2) или алебастр ). Предполагалось, что в случае материалов, следующих до разрушения закону Гука, уменьшение предела прочности образца от концентрации напряжений, по сравнению с гладким образцом, будет давать эффект концентрации напряжения. Эксперименты не подтвердили этого предположения, однако испытания моделей из хрупкого материала дают значительно меньший эффект концентрации напряжения, чем это предсказывается теорией. [c.671]

Теория разрушения Гриффитса. Значение мельчайших дефектов или невидимых трещинок (пор), которые предполагаются существующими в большинстве тел, было подчеркнуто Гриффитсом ) в его теории хрупкого разрушения аморфных материалов (стекло кварцевое и др.) и демонстрировалось пм в экспериментах по разрушению стержней из кварцевого стекла. Он показал, что очень тонкие волокна таких стержней, вытянутые при температуре, превышающей 750° С, при немедленном последующем испытании в условиях комнатной температуры обнаруживают удивительно высокую прочность на разрыв, возрастающую с уменьшением [c.221]

Во-вторых, может не выполняться предположение о том, что нахождение дефектного элемента в любой точке тела является равновероятным событием и что дефектные элементы одинаковой прочности равноопасны, независимо от того, в какой точке тела они находятся. Очевидно, что прочность поверхностных слоев может заметно отличаться от прочности внутренних областей теша. Поэтому роль поверхностных и внутренних повреждений может оказаться неодинаковой. Убедительным примером является обнаруженный опытным путем двойственный характер масштабного эффекта у стекла наряду с объемом образца на его прочность существенное влияние оказывает площадь его поверхности [1]. Для правильного описания явления хрупкого разрушения становится необходимым дальнейшее усовершенствование статистической теории. [c.37]

На основании этих работ можно было считать, что техниче- ская протаость обрааца стекла определяется главным образом 1 количеством и разме )ами треш,ин, имеющихся на его поверхности. 4 В собтвётствии с этим была разработана статистическая теория прочности стекла, которая позволяла рассчитать наиболее вероятную прочность в зависимости от размера образца и кривой распределения трещин на нем на основании измерения прочности по методам растяжения и изгиба. [c.22]

Эта длина неустойчивой трещины при заданном напряжении а. Таким образом, по Гриффитсу прочность материала при хрупком разрушении определяется наличием уже существующих микротрещин. При известном распределении трещин в материале прочность его тем выше, чем выше его поверхностная энергия П. Проводилась экспериментальная проверка этой теории применительно к стеклу, которая состояла в определении прочности стекла в зависимости от длины искусственно создаваемых трещин. Было получено вполне удовлетворительное соответствие для такого хрупкого материала, как стекло. [c.74]

Подобным испытаниям подвергаются хрупкие материалы и изделия из них. Стойкость к термоударам зависит от температурного коэффициента линейного расширения материала поэтому для приблизительной оценки этой характеристики можно пользоваться соотношением Alai, в котором А — коэффициент, определяемый механической прочностью и теплопроводностью материала — температурный коэффициент линейного расширения. При неоднородности материала, а также дефектах роверхности (царапины и т. п.) стойкость к термоударам сильно снижается, что легко объяснимо теорией прочности хрупкого тела. Некоторые материалы, например стекло, подвергаются травлению плавиковой кислотой для повышения стойкости к термоударам так же действует закалка. [c.175]

Другими словами, суш,ест1вует такое положительное число ер, что для любого состояния в данной точке тела ei ер, причем разрушение происходит тогда, когда ei = 8р. Это предположение, впервые достаточно отчетливо сформулированное Э. Ма-риоттом в 1682 г., сейчас принято называть второй теорией прочности. Как и область применения первой теории, применимость второй теории заведомо ограничивается хрупкими материалами, для которых видимое разделение образца на части обычно происходит при малой деформации (к числу таких материалов, как уже говорилось, относится чугун, бетон, стекла и другие). Это дает основание присоединить к рассматриваемому предположению еще одно, а именно, положить, пренебрегая малыми при достаточно малых деформациях отклонениями от закона Гука, что последний справедлив вплоть до момента разрушения, так что вплоть до момента разрушения [c.121]

В результате многолетних исследований прочности стекол был выявлен ряд новых причин, влияющих на получаемые зна-У чения прочности, а именно условия испытаний образца, нродол- жительность его нагружения, влияние окружающей атмосферы, температуры, химического и физического прошлого образца и т. п. Эти зависимости не могли быть объ яснены теорией Гриффиса и статистической теорией, а потому для объяснения их была разработана флуктуационная теория прочности, в которой существенная роль отводится влиянию тепловых движений атомов и молекул около вершины трещины в твердом хрупком теле на величину прочности. Эта теория хорошо объяснила временную и температурную зависимость прочности стекла. Имеющиеся экспериментальные данные о влиянии окружающей среды, строения стекла и состояния поверхностного слоя образца на его прочность пока не нашли достаточно аргументированного научного объяснения. [c.22]

Молекулярная теория прочности начала развиваться после работ Гриффиса, когда в ряде исследований было установлено, что прочность образцов стекла, находящихся под действием постоянной нагрузки, зависит от длительности их нагружения, температуры, состояния поверхности и действия окружающей среды. Временную зависимость прочности стекла при статической нагрузке часто называют статической усталостью. Это явление наблюдается тем отчетливее, чем выше температура. Наличие временной зависимости прочности силикатных стекол имеет важное практическое значение, так как долговечность материала определяет срок службы изготовляемых из них конструкций и деталей. [c.24]

Но многих нормах расчета и справочниках можно найти рекомендации о целесообразности использования применительно к хрупким материалам теории максимальных нормальных напряжений (первая теория прочности) и теории максимальных нормалй ных удлинений (вторая теория прочности). Как показывает анализ экспериментальных данных, теория максимальных нормальных напряжепий применима только для таких очень хрупких материалов, как стекло, гипс и другие, а использование теории максимальных удлинений совершенно не обосновано [53, 1101, хотя в литера-туре имеются указания на то, что разрушение таких материалов, как фарфор, удовлетворительно описывается этой теорией. [c.91]

Следует обратить внимание на ряд работ, в которых было показано, что разрыв кристаллов в специальных условиях происходит при напряжениях, близких к теоретическим. Это указывает на то, что величина сил сцепления в решетке, предсказанная теорией, соответствует опыту, однако при обычных условиях опыта существуют какие-то причины, которые мешают обнаружить эти большие силы сцепления и обусловливают различие в свойствах прочности реального и идеального кристалла. Впервые на существование очень высоких значений теоретической прочности указано в опытах Гриффитса [11]. Изучая зависимость прочности стеклянных нитей от толщины и экстраполируя результаты своих опытов на нить нулевого диаметра, Гриффитс нашел величину 1100 kFImm , что соответствует теоретической прочности стекла. Прочность нитей из аморфных веществ, как известно, изменяется с толщиной по закону Р = Aid + В, где d — диаметр нити, А ж В — постоянные.) [c.19]

Общие соображения относительно полной энергии системы были использованы А. Гриффитсом при развитии его теории разрушения хрупких материалов 2). Известно, что материалы всегда проявляют намного меньшую прочность, чем можно было бы ожидать на основе анализа молекулярных сил. Для одного из видов стекла Гриффитс обнаружил теоретическую прочность на растя>кение порядка 2QQQ кГ/см-, тогда как опыты на растяжение со сток- [c.263]

Проявление масштабного фактора тесно связано с влиянием состояния поверхности. В частности, длительное травление стекла плавиковой кислотой, удаляющее наружный слой и создающее идеально ровную поверхность, приводит к резкому снижению вероятности существования на поверхности опасных дефектов, и согласно статистической теории дефектов должно наблюдаться повышение прочности массивных образцов до прочности тонких стеклянных волокон. Эксперимент полностью подтверждает это предположение. ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ Й СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НА ПРОЦЕССЫ РАЗРУШЕНИЯ. Состояние поверхности — один из важнейших факторов, влияющих на результаты механических испытаний образцов в лабораторных условиях. Наличие небольших выступов и впадин на плохо обработанной поверхности приводит к повышению концентрации напряжений. Поверхностные неровности могут играть роль хрупких трещин и значительно снижать определяемые испытаниями прочностные характеристики металла. Например, хрупкие в обычных условиях кристаллы каменной соли становятся пластичными, если при испытании их погрузить в теплую воду, растворяющую дефектный поверхностный слой (эффект Иоффе). Тщательная полировка поверхности металлических образцов приводит к увеличению измеряемых при растяясенпи характеристик прочности и пластичности. [c.435]

Однако теория химической связи не может объяснить некоторые хорошо известные факты. Так, например, с точки зрения теории оцепления совершенно не ясно, почему некоторые силаны оказываются эффективными в повышении прочности адгезии, хотя входящие в их состав органофункциональные группы не взаимодействуют со смолой. Далее, согласно теории химической связи, способность силанов повышать влагостойкость адгезионной связи в значительной мере обусловлена образованием гидролитическя стабильных связей — 3 —О—3 — со стеклом. [c.113]

В России основы науки о трении и изнашивании были заложены в период организации Российской академии наук. Великий ученый М. В. Ломоносов сконструировал прибор для исследования сцепления между частицами тел долгим стиранием , который явился прототипом современных приборов для определения износостойкости материалов. М. В. Ломоносов является основоположником теории изнашивания материалов и эспериментальных исследований в этой области, он связал понятие о прочности с представлениями о силах связи между частицами. Занимаясь подбором материалов для опор часовых механизмов, М. В. Ломоносов указал на целесообразность применения для этой цели стекла. [c.19]

Большой интерес среди инженеров вызвала серия экспериментальных исследований, проведенных Фойхтом и его учениками с целью разъяснить понятия, относящиеся к прочности материалов. Работая на образцах, вырезанных из крупных кристаллов каменной соли, Фойхт нашел, что сопротивление растяжению весьма сильно зависит от ориентации оси образца относительно кристаллографических осей. Оно зависит также и от характера поверхности образца. Фойхт показал, что легкое травление боковой поверхности стеклянных образцов приводит к резкому повышению их сопротивления. Равным образом им было показано, что при неоднородном поле напряжений сопротивление в точке зависит не только от величины напряжений в этой точке, но также и от степени их изменений от точки к точке. Сравнивая, например, предельные сопротивления растяжению изгиба для каменной соли и для стекла, он находит, что наибольшее напряжение разрушения при изгибе почти вдвое превышает соответствующее напряжение при разрыве. Много испытаний было проведено им в условиях сложного напряженного состояния с той целью, чтобы проверить теорию Мора. Все эти испытания выполнялись на хрупких материалах, и результаты их не совпадали с теорией. Фойхт пришел к заключению, что вопрос о физической сущности прочности слишком сложен и что построить единую теорию, которую можно было бы с успехом применять ко всем видам строительных материалов, невозможно. [c.413]

Изучая влияние времени нагружения на величину прочности на отрыв стекла и других сходных с ним хрупких тел (о чем говорилось выше, см. стр. 211—213), И. Тэйлор ) предложил для этпх материалов теорию раз])у-шения путем отрыва. Приняв эмпирическую зависимость Глэзарда и Престона [приведенную выше в п. 6 настоящей главы, формула (15.3)] между разрушающим напряжением и временем нагружения как меру скорости молекулярного процесса, зависящего от энергии активации, которая вместе с тем определяет п скорости химических реакций, Тэйлор предположил, что закон Гука сохраняет силу вплоть до момента разрушения стеклянного стержня и что сильнейшие химические связи в веществе допускают до разрушения удлинение на определенную характерную величину, которая может быть выражена как упругое удлинение, зависящее от наиряжения а и модуля упругости Е. Вводя энергию активации, необходимую для перестройки атомной структуры, которая допускала бы растяжение при сильнейших связях, сохраняющихся вплоть до разрушения, Тэйлор нашел формулу для времени нагружения в виде [c.226]

К сожалению, рассматриваемые теории описывают разрушение лишь таких материалов, прочность которых целиком определяется их локальной прочностью. Расхождение между результатами теоретических расчетов и данными опытов, проведенных на ряде материалов, объясняется, по-видимому, несоответствием свойств реальных тел и свойств идеально хрупкой модели, положенной в основу теории. В реальных телах не выполняется одно из главных условий, лежащих в основе статистической теории хрупкого разрушения локальная прочность определяет прочность всего тела. В действительности благодаря наличию в материале микропласти-ческих деформаций локальные пики напряжений перераспределяются и не влекут за собой разрушение тела. Кроме того, степень опасности дефектных элементов одинаковой прочности зависит от их координат [35]. На стекле, например, обнаружено [19], что масштабный эффект зависит не только от объема образца, но и от площади его поверхности, т. е. одинаковые дефекты не являются одинаково опасными. Эти теории не связывают разрушение со структурными изменениями в материале, вызванными пластической деформацией, которая, по данным работы [478], всегда предшествует разрушению. [c.131]

В своей работе, которая до сих нор широко используется для описания сопротивления материалов хрупкому разрушению, Гриффитс показал зависимость прочности хрупкого материала от величины исходной трещины в нем. В связи с этим следует отметить, что область применимости первоначальной теории Гриффитса ограничена теория сначала рассматривала только типичные хрупкие материалы, например, стекло, в которых не наблюдаются даже местные пластические деформации перед разрушением н для которых характерно очень низкое значение удельной энергии, необходимой для возникновения в теле новой поверхности. Для рассматриваемых материалов эта энергия соответствует энергии поверхностного натяжения и может быть порядка 10 кГсм1см . [c.453]

В случае поликристаллических материалов необходимо рассматривать ОПЯТЬ" два рода разрушения 1) хрупкое разрушение как в случае чугуна ли стекла, и 2) разрушение сдвигом, как в случае мяглой стали, юминия и других металлов. В первом случае разрушение происходит практически без пластическрй деформации по, поперечному сечению, перпендикулярному оси образца. Во втором случае разрушение происходит после значительной пластической вытяжки, и место разрыва имеет приблизительно форму чашки и конуса (рис. 283). При обсуждении этих двух типов разрущения была снова выдвинута Теория, что прочность материала может быть описана двумя характеристиками — сопротивлением материала разъединению и сопро- [c.358]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...