МЕХАНІЗМ РУЙНУВАННЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ПРИ РІЗНИХ ВИДАХ МЕХАНІЧНОГО ВПЛИВУ
Рассчи-танная міцність на відміну від знайденої експериментально називаються ється теоретичної.
Теоретична міцність залежить від природи сил взаимодейст-вия між частинками (іонна, ковалентний, металева зв'язок та ін.) І від структури матеріалу.
Наприклад, Орован запропонував формулу
де - вільна поверхнева енергія твердого тіла;
Е - модуль пружності при розтягуванні;
х - рівноважний межчастичного відстань.
Більш спрощеної є залежність
Реальна міцність (технічна) твердих тіл на два - три порядки менше теоретичної, так як в матеріалі є мікротріщини різних розмірів і орієнтації. Тріщини є концентраторами напруги, напруга на їх краях може бути в багато разів більше середньої напруги в перетин зразка.
Якщо величина перенала-напруги () у вершини найбільш небезпечною тріщини дорівнює тео-ретические міцності (), то відбувається швидке зростання тріщини і зразок розділяється на дві частини. Прикладена напругу при цьому відповідає так званої максимальної тих-нічної міцності ().
Коефіцієнт концентрації напруги в вершині мікротріщини дорівнює. Він залежить від форми і розмірів тріщини, її орієнтації по відношенню до напрямку розтягування. Тому максимальна технічна міцність не є константою матеріалу.
Максимальну технічну міцність Гріффітс рас-зчитував з умови: тріщина росте тільки тоді, коли умень-шення пружної енергії в зразку в процесі її росту (за рахунок розвантаження матеріалу навколо зростаючої тріщини) дорівнює або біль-ше збільшення потенційної енергії, що відбувається при обра-зовании нових поверхонь розриву. (По русски: міцність залежить від поверхневої енергії, коли зразок рветься поверхнева (потенційна) енергія збільшується, а пружна енергія зменшується. Коли Упр. Ен. Зменшується сильніше ніж увелічіваеться Пот. Ен. Образчу пиздец)
Формула Гриффитса. Зміна пружної енергії (# 916; W) в зразку у вигляді тонкої пластинки при утворенні в ній тріщини довжиною (С), орієнтованої перпендикулярно направ-лення розтягування, так само
де # 948; - товщина пластинки; # 956; - коефіцієнт Пуассона.
Изме-ня пружної енергії є негативною величиною. Як і поверхневих енергія тріщини довжиною (с) дорівнює (). Отже, при збільшенні довжини тріщини на малу величи-ну (dc) пружна енергія зменшується відповідно до виразу (3.2) на. Одночасно поверхнева енергія збільшує-ся на.
За Гріффітс умовою руйнування є рівність цих змін енергії. З цього випливає, що максимальна технічного-кая міцність пластинки з внутрішньої тріщиною довжиною (с) дорівнює
в разі плоского напруженого стану.
При наявності крайової мікротріщини, довжина якої l вдвічі менше довжини внутрішньої тріщини
З цих формул випливає, що в середовищах, що зменшують вільну поверхневу енер-гію, міцність зменшується.
Подальші дослідження дозволили уточнити умови, при яких тріщина Гріффіт-ТСА буде рости або стуляти-ся
(Зміна енергії (W) при утворенні в ній тріщини довжиною (С))
Якщо довжина тріщини більше критичної довжини. то подальше її збільшення призведе до зменшення загальної енергії зразка і тре-щина повинна мимовільно рости.
Якщо тріщина менше кри-ної, то до зменшення загальної енергії призведе її зменшення і тріщина повинна мимоволі замикатися. При більшій напрузі критична довжина тріщини, при якій вона є нестійкою, менше ніж при малому, т. Е. = Const.
Осередком зародження тріщин є різні мікродефекти:
Крихкому руйнуванню металевого монокристала завжди передує місцева пластична деформація, в ході ко-торою формуються дислокаційні мікронеоднорідності, є концентраторами внутрішніх напружень і викликавши тому зародження і розвиток тріщини. Походження і форма тріщини залежать перш за все від того, з крихким або пластичного-ким матеріалом ми маємо справу.
Можна виділити три основні типи руйнування твердих тіл.
Перший тип руйнування проявляється, коли дефекти в обсязі і на поверхні однакові за ступенем небезпеки або виникають одночасно в процесі деформування. Тоді у всьому зразку одночасно розвивається безліч мікротріщин, які за тим зливаються в одну магістральну тріщину. При цьому вся по-поверхню розриву образна шорстка. Так руйнуються полі-кристали, в яких мікротріщини виникають в кристалітів в результаті пластичної деформації і на ослаблених межах зерен. В монокристалах безліч предразривних тріщин віз-ника внаслідок місцевих пластичних деформацій в различ-них місцях обсягу.
Другий тип проявляється, коли поверхневі дефекти небезпечніше внутрішніх і ступінь небезпеки окремих поверхневих дефек-тов приблизно однакова. В цьому випадку при певних умов-ях тріщини ростуть єдиним фронтом кцентру зразка. Так руйнуючої-шаются нехрупкій тверді полімери при малих напругах і великих часах випробувань.
Третій тип руйнування проявляється, коли на поверхні або в об'ємі крихкого матеріалу є виділяється за ступенем небезпеки дефект, від якого зростає первинна тріщина. У міру зростання первинної тріщини напруга (# 963; ') в останньому нераз-рушення перетині зразка стає все більше в порівнянні з вихідним номінальною напругою, розрахованим на всі попе-річкове перетин; внаслідок цього зростання тріщини прискорюється. Коли наростаюче напруження # 963; ' стає рівним, а потім превос-ходить критичне # 963; до, відбувається перехід від першої стадії раз-розриву до другої і первинна тріщина росте зі швидкістю, поблизу-кою до критичної (# 965; K). Вторинні тріщини починають швидко рас-ти в останньому перерізі при. Вони утворюють шорстку зону поверхні руйнування, яка покрита лініями відколу, що виникають при зустрічі фронтів зростаючих тріщин. Третій тип руйнування характерний для таких тендітних, твердих тіл, як алмаз, іонні кристали, тендітні пластмаси, керамічні ма-теріали, неорганічні скла.