Прочность и поверхностная энергия

Рассмотрим классический подход к связи прочности и поверхностной энергии для тела, имеющего дефект в виде микротрещины [63]. Рассмотрим твердое тело, а именно пластину единичной толщины, к которой приложено растягивающее напряжение р (в Шм ) (рис. 79). [c.126]

Вычислим величины, представляющие для нас основной интерес прочность и поверхностную энергию рассматриваемой структуры. [c.36]

Прочность и поверхностную энергию идеально-периодических структур оценивают обычно при помощи одного дополнительного допущения (как правило, не оговариваемого), которое существенно упрощает расчет на одноосное растяжение. А именно, считают, что деформации и разрушению подвергаются лишь связи, пересекаемые некоторой плоскостью, перпендикулярной к направлению растяжения, а все остальные связи считаются абсолютно жесткими недеформируемыми. При этом атомная структура учитывается только в выражении для сил сцепления двух полупространств путем использования некоторых приемов, которые рассматриваются ниже. Указанное допущение дает возможность весьма просто оценивать теоретическую прочность и поверхностную энергию тел любой структуры (например, аморфных и поликристаллических тел) точность получающихся результатов зависит от удачной аппроксимации разрывающихся связей. [c.40]

Формулы (2.57) позволяют определить теоретическую прочность и поверхностную энергию твердого тела, по-видимому, с наибольшей точностью. , [c.49]

Энергия сублимации Q и модуль упругости Е отражают интенсивность тех же межатомных сцеплений. Однако параметры Q и Е — по самой своей сути объемные характеристики, усредненные по всем связям в объеме тела. Поскольку доля дефектных мест, т. е. связей, поставленных в какие-либо особые условия, в том числе — принадлежащих поверхностным атомам, относительно невелика, величина Q и Е нечувствительны ни к структуре, ни к окружающей среде, а лишь к радикальным изменениям химического состава тел. Напротив, прочность и поверхностная энергия характеризуют проявление взаимодействия не всех атомов в объеме тела, а лишь тех, которые оказываются на поверхности. Поэтому как только условия взаимодействия поверхностных атомов существенно изменяются (например, вследствие контакта со средой или под влиянием небольшого количества примесей, содержащихся в среде, либо в самом теле), можно ожидать значительного изменения характеристики у и соответственно Ов. [c.234]

Сделанные до сих пор оценки теоретической прочности при сдвиге идеальных монокристаллов выполнены в предположении, что кристалл испытывает чистый сдвиг и сила, нормальная к плоскости скольжения, отсутствует. Учет растягивающих и сжимающих напряжений должен сильно повлиять на величину Ттах-Приведенные оценки теоретической прочности относились к температуре абсолютного нуля. Однако теоретическая прочность зависит от температуры по двум причинам. Во-первых, следует учитывать температурное изменение упругих постоянных, параметров решетки и поверхностной энергии и, во-вторых, термические флуктуации. При температуре, отличной от 0° К, в кристалле имеется конечная вероятность возникновения дислокаций под действием приложенных напряжений и термических флуктуаций [49, 50], что, как показывает расчет, приводит к небольшому уменьшению прочности с температурой. Между тем это противоречит хорошо известному экспериментальному факту о значительном понижении прочности с температурой. Последнее обусловлено влиянием температуры на свойства структурных де- [c.281]

Из формулы Гриффитса следует, что константа в уравнении (35) зависит от поверхностной энергии и модуля упругости материала. Поэтому зеркальная зона излома у разных марок стекол может быть разной при одинаковой прочности образцов из-за различия между модулем упругости и поверхностной энергией разных стекол. [c.104]

Введение частиц жесткого наполнителя приводит к повышению модуля упругости наполненной композиции по сравнению с модулем исходного полимера. Так на рис. 2.24 показано возрастание модуля упругости с увеличением объемной доли жесткого наполнителя и прочности связи его с матрицей. Более подробно этот вопрос рассматривается в следующей главе. Так как и поверхностная энергия разрушения, и модуль упругости хрупких полимеров возрастают при введении дисперсных частиц наполнителя, следовало ожидать увеличения прочности наполненных композиций. Одна- [c.78]

Как указывалось в гл. IV, раздел 3, теоретическая прочность кристаллов во много раз превышает реальную. Это несоответствие можно понять, если учесть, что реальные кристаллы содержат микротрещины, радиус закругления которых соизмерим с межатомным расстоянием и развитие которых происходит по механизму Гриффитса [13] таким образом, что существует баланс между высвобождаемой потенциальной энергией и поверхностной энергией, необходимой для разрыва атомных связей у вершины трещины. Приняв для железа модуль Юнга равным 200 ГН/м , поверхностную энергию 2Дж/м и типичное разрушающее напряжение 1ГН/м (см. рис. 96), вычислим критический размер трещиноподобного дефекта [c.177]

Если коэффициент а определяется углом наклона прямой 1 (см. рис. 1,5), то коэффициент Р равен участку ординаты, отсе-—каемому прямой 2, когда толщина пленки равна нулю. Величина Р принята в качестве условной характеристики прочности пленок. Между величиной/ 0 и поверхностной энергией металлов существует определенная корреляция. Для ряда металлов Зн, А1, Zn, Сг, Си и Ее, получена прямо пропорциональная зависимость между величиной i o и поверхностной энергией металлов при адгезии к этим металлам пленки поливинилбутираля. С увеличением удельной поверхностной энергии от 520 до 1500 мДж/м величина Р растет от 5,2 -10" до 9,3 -10 Па. [c.38]

Величина поверхностной энергии у, как было показано, тесно связана с прочностью идеальной структуры Ог — обе величины отражают силы сцепления между атомами /. То же самое можно сказать и о соотношении между у и 0в (рис. 23.5). Здесь эта связь столь же тесная, хотя и более сложная. Действительно, и в случае реального тела разрушение — это, в конечном счете, процесс разрыва отдельных связей, но в данном случае связи рвутся не одновременно, а последовательно. Поскольку величина Ог служит макроскопической характеристикой прочности этих связей /, в такой же мере и поверхностная энергия у является макроскопической характеристикой микроскопической величины [c.234]

Механические свойства. К ним относятся упругость, прочность, твердость, поверхностная энергия и связанные с ними величины, а также трещиноватость и волнистость природных кристаллов. [c.175]

Прочность при замедленном разрушении как форма стока энергии. Для суждения о вероятности возникновения и дальнейшего роста или торможения зародыша трещины необходимо сопоставить величины приращений энергии источника и поверхностной энергии стока. Последнюю величину возможно оценить, зная характер распределения и изменения с течением времени прочностных свойств в условиях, характерных для разрушения. [c.248]

Присутствие в окружающей среде поверхностно-активных веществ, способных сильно адсорбироваться, снижает поверхностную энергию. Частицы, адсорбированные на поверхности, распирают зародышевые трещинки, проникают в глубь тела и уменьшают его разрывную прочность. Для уменьшения влияния трещинок и царапин на прочность необходимо либо их залечивать , либо каким-то способом от них избавляться. Самый простой способ— удаление приповерхностного слоя в подходящем травителе. В настоящее время все большее применение находит способ, связанный с облучением приповерхностного слоя твердого тела ускоренными ионами либо инертных элементов, либо нонами металлов с соответствующим температурным отжигом, в результате чего происходит залечивание трещинок и царапин. [c.140]

Под влиянием адсорбции на поверхности твердых тел наблюдаются эффекты облегчения их пластического течения и понижения прочности, что связано со снижением уровня поверхностной энергии твердого тела и облегчением выхода и разрядки на поверхности дислокаций. [c.58]

Как было показано, прочность адгезионной связи на поверхности раздела графитовое (или борное) волокно — смола зависит от многих факторов. Такие характеристики волокон, как удельная поверхность, поверхностная энергия (смачиваемость и химическая активность), размер кристаллитов графита и их ориентация (модуль), в значительной мере определяют прочность адгезионного соединения. Однако количественная взаимосвязь между химической активностью или смачиваемостью поверхности волокна и механическими свойствами композита, такими, как прочность на сдвиг или изгиб, не установлена. Согласно результатам исследований, прочность адгезионной связи на поверхности раздела в композите обратно пропорциональна размеру кристаллитов графита на поверхности волокна, и для любой данной системы увеличение удельной поверхности волокон приводит к повышению прочности композита на сдвиг. [c.270]

В работе [56] тщательно исследована одна из таких систем. Изучены прочность, модуль упругости, энергия разрушения [9], зависимости напряжение — деформация для композитной системы эпоксидная смола — стеклянные шарики и определено влияние нескольких различных составов для поверхностной обработки. Приведенные на рис. 18 данные по прочности показывают, что применение разделяющих составов вызывает значительно большее снижение прочности по сравнению с необработанными шариками. [c.48]

Барьерный эффект атомарно чистой поверхности, обусловленный тем, что дислокации, выходящие на поверхность кристалла, должны иметь дополнительную энергию, затрачиваемую на работу, связанную с увеличением обш ей поверхностной энергии кристалла при образовании ступеньки. Максимальное снижение или повышение этого эффекта наблюдается при деформации материалов в присутствии поверхностно-активных жидких, газовых или твердых сред [3, 11, 12]. Кроме того, он может иметь суш,ественное значение при деформации кристаллов с малым поперечным сечением типа нитевидных кристаллов или тонких пленок, где удельный объем приповерхностных слоев значителен в сравнении с общим объемом деформируемого материала. В этом отношении, вероятно, можно говорить о существенном вкладе этого эффекта при объяснении высокой прочности усов и тонких пленок. [c.41]

Условием роста хрупкой трещины является нарушение равновесия между освобождающейся при этом энергией упругой деформации и приращением полной поверхностной энергии (включая и работу пластич, деформации тонкого слоя, примыкающего к краю трещины Хрупкая прочность элемента с трещиной обратно пропорциональна У7, где I—полудлина трещины. [c.417]

Энергия 6И , расходуемая на пластическую деформацию, обычно превосходит поверхностную энергию 5а. Хрупкие материалы, такие, как стекло, почти не способны к пластической деформации, поэтому их вязкость разрушения невелика, даже если они обладают высокой когезионной прочностью (высокой поверхностной энергией). Напротив, медь, когезионная прочность которой гораздо меньше, чем стекла, более устойчива к разрушению, так как может деформироваться. В связи с этим Бикерман [12] сделал предположение, что величина ЬЕ есть сумма тепловой энергии (которая рассеивается) и кутикулярной энергии, которая определяется поверхностной деформацией, искажениями и дефектами решетки. [c.98]

Отсюда для теоретической, прочности на одностороннее рас-ШШёййе Сттах и поверхностной энергии у имеем [c.41]

Армирующие волокна. Известно, что теоретическая прочность материала Отеор возрастает с повышением модуля упругости и поверхностной энергии вещества и снижается с увеличением межатомных расстояний. Исходя из этого наибольшей прочностью должны обладать композиты, в которых в качестве материала армирующих волокон используются бериллий, бор, азот, углерод, кислород, алюминий и кремний. При создании волокнистых композитов используют высокопрочные стеклянные, углеродные, борные и органические волокна, металлические проволоки или волокна и нитевидные кристаллы ряда карбидов, оксидов, бори-дов, нитридов и других соединений. Волокнистая арматура может быть представлена в виде моноволокон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей, лент, холстов. Важными требованиями, предъявляемыми к волокнистой арматуре, являются их технологичность и совместимость с матрицей. [c.115]

Поверхностная энергия Гиббса твердых тел, служащих подложкой, во многом определяет такие важные свойства, как смачивание и растекание, адгезионная прочность и др. (см. гл. 4), При соответствии знака полярности любые жидкости тем лучше смачивают подложку, чем выше ее поверхностная энергия, т. е. чем больше разница между значениями и Поверхностная энергия, как и степень гидрофильности или гидрофобности поверхности, может быть существенно изменена путем модификации. Так, стекло для уменьшения гидрофильности поверхности обрабатывают алкил- и винилтрихлорсиланами и этоксисиланами, хромоксихлоридом метакриловой кислоты (волан). Металлы оксидируют, фосфатируют, азотируют, силицируют изменяют природу поверхности посредством адсорбции низкомолекулярных веществ (жирные кислоты, амины, ПАВ), нанесения полимеров и других органических и неорганических соединений. [c.27]

Истоки этого направления начинаются с работ А. Гриффитса (20-е годы), который показал, что разрушение высокопрочных материалов обусловлено имеющимися в теле трещинами или трещиноподобными дефектами, развитие которых и определяет весь процесс разрушения. Как указывалось выше (с. 72), концентрация напряжений в устье дефекта прямо пропорциональна корню квадратному из отношения его длины к радиусу закругления. Если напряжение в устье дефекта достигнет теоретической прочности, то произойдет хрупкое разрушение и трещина увеличится по длине. Такое местное разрушение в устье трещи-иы может перейти в самопроизвольное, если уме[1ьшение упругой энергии, обусловленное приростом трещины, будет превышать работу, необходимую для образования новых поверхностей, т. е. поверхностная энергия должна быть меньше высвобождающейся упругой энергии. [c.75]

Соотношение (4.24) было подтверждено экспериментально для стекла (f=0,251) и пекогорых других хрупких материалов. При хрупком разрушении энергия движения трещины на единицу длины G равна истинной гюверхност-ной энергии 2-у, т.е. является константой материала, связанной с прочностью межатомных связей. Для металлических материалов G не равна поверхностной энергии. [c.289]

Грнффитса критерий - характеризует зависимость реальной прочности твердого (упругохрупкого) тела Ро, имеющего трещину размером /, от корня квадратного из величины поверхностной энергии и обратно пропорционально корню квадратному из длины трещины. [c.147]

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]

Принимая, как и раньше (см. гл. I), t=XTeopSin (2ял )/ /а, перемещению л будет соответствовать работа на единицу площади, которая при разрушении (т. е. при х= =а/4, где напряжения т=Ттеор и равны теоретической прочности металла) расходуется на создание двух новых поверхностей с удельной поверхностной энергией 2бп, т. е. [c.423]

Поверхностная энергия характеризует твердость и прочность твердых тел, оказывает существенное влияние на их механические и триботехнические характеристики. Было предложено много способов определения поверхностной энергии твердых тел, однако точное экспериментальное измерение ее невозможно. Попытка термодинамического вычисления 1говерхност1юй энергии сплавов по энергии смешения дала липп качественные резул1латы. [c.53]

Повышение поверхностной энергии волокна, по-видимому, связано с наличием на его поверхности кислородсодержащих групп, о чем свидетельствуют кислая реакция поверхности и увеличение на ней количества атомов углерода, которые, вероятно, соединяются с кислородом воздуха, образуя группы с высокой реакционной способностью. Кроме того, Форест [35] показал, что механические свойства высокопрочных углепластиков при высокой температуре ухудшаются под воздействием внешней среды в течение нескольких месяцев. Согласно результатам исследований Бонка и Титселя [18], прочность стеклопластиков при комнатной температуре уменьшается вследствие старения в теплой влажной атмосфере. Влияние старения на прочность волокнистых композитов 1То 1р<)бн6 рассматривается в разд. III. [c.266]

Растрескивание по поверхностям раздела носит преимущественно энергетический характер с высокой граничной энергией, так как работа разрушения представляет собой разницу между суммой поверхностных энергий частицы и матрицы и энергией поверхности раздела частица — матрица. Критерий в напряжениях для зарождения трещины разработан в [4, 84] на основе предположения, что нарушение связи будет происходить в том случае, когда локальные напряжения превысят прочность границы между матрицей и частицей. В работе [84] проанализирована задача о внутреннем шейкообразовании между частицами и показано, что нарушение связи не произойдет, если прочность границы раздела будет превышать величину максимальной компоненты растягивающего напряжения при пластическом течении а , т. е. когда [c.71]

Вначале под эффектом Ребиндера понимали собственно уменьшение прочности и облегчение деформации при сниже1ши уровня поверхностной энергии вследствие явления адсорбций. В последнее время представление об этом эффекте существенно расширилось, Было доказано, что уровень поверхностной энергии снижается не только вследствие адсорбции, но и в результате внешней поляризации. Эффект Ребиндера объясняет явления трения и изнашивания, фреттинг-коррозии, причины разрушений в средах, открывает путь к созданию материалов с заранее заданными свойствами, а также используется при усовершенствовании процессов протяжки, штамповки и диспергирова1шя твердых тел. [c.27]

При увеличении прочности стали проявление адсорбционного эффекта усиливается (Лобойко В.И. и др. [35, с. 21—25]). Особенностью сдвиговых процессов при адсорбционной усталости железа является почти мгновенное вступление в действие значительно большего, чем при испытании в воздухе, числа плоскостей скольжения, а также увеличение их ширины и плотности. Адсорбционное снижение поверхностной энергии дает возможность развиваться тем дефектам кристаллической решетки, которые при деформации металла в воздухе не в состоянии преодолеть энергетический барьер. [c.16]

К П. я. относятся когезия, адгезия, смачивание, смазочное и моющее действие, трение, пропитка пористых тел. П. я. влияют на прочность твёрдых тел напр., адсорбционное понижение прочности — эффект Ребиндера). П. я. играют важную роль в фазовых процессах. На стадии зарождения фаз П. я. создают энергетич. барьер, определяющий кинетику процесса и возможность существования метастабильных состояний, а при контакте массивных фаз регулируют скорость тепло-и массообмена между ними. Проницаемость поверхностных слоёв и плёнок, связанная с их молекулярным строением, обусловливает мембранные явления, особенно важные в биол. системах. П. я. влияют на коррозию, выветривание горных пород, почвообразование, атм. явления и др. естеств. процессы. На использовании П. я. основаны мн. технол. процессы — хим. синтез с применением гетерогенного катализа, поверхностное разделение веществ и флотация, механич. обработка я упрочение материалов, фильтрация, приготовление порошков, эмульсий, пен и аэрозолей и др. При этом широко применяются поверхностно-активные вещества, регулирующие поверхностное натяжение и свободную поверхностную энергию. [c.653]

РЕБЙНДЕРА ЭФФЕКТ (адсорбционное понижение прочности) — уменьшение поверхностной (межфазной) энергии вследствие фнз. или хнм. процессов на поверхности твёрдых тел, приводящее к изменению его механич. свойств (снижению ырочности, возникновению хрупкости, уменьшению долговечности, повышению пластичности и др.) К Р. э. приводят адсорбция поверхностно-активных веществ, смачивание (особенно твёрдых тел расплавами, близкими по атомно-молекулярной природе), электростатич. заряд на поверхности, хим. реакции. Открыт П. А. Ребиндеро.ч в 1928. [c.300]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...