Теория механики разрушения твердых тел исходит из того факта, что прочность любого материала, который не подвергал ся никакой технологической обработке, в десятки и сотни раз меньше его теоретической прочности, которую можно точно рассчитать, исходя из энергии взаимодействия атомов или ионов, если материал однороден по составу и плотности, не имеет пор и капилляров. В подтверждение этого приводится классический опыт академика А.Ф.Иоффе, сделанный в 1920 г.: после растворения в горячей воде поверхностного слоя кристалла каменной соли его прочность многократно повысилась и оказалась равной 20 тс/см2 2 ГПа, что всего лишь вдвое меньше теоретической прочности. Отсюда следует, что реальные материалы имеют многочисленные дефекты в своей структуре — царапины, щербины, трещины и другие повреждения в поверхностных слоях и меньшее их число внутри тела. Причину низкой прочности реальных материалов теория механики разрушения объясняет наличием многочисленных дефектов в их структуре. Действительно, совершенствуя структуру материалов (в нитевидных кристаллах, в ориентированных полимерах с повышенной степенью кристалличности), прочность самых разнообразных материалов на один-два порядка удалось повысить. Разрушение материалов происходит в результате развития в них реальных дефектов. В процессе силовой обработки материалов и при пользовании готовым изделием под действием различных по величине и знаку нагрузок число и длина трещин возрастают. Рост трещин в длину объясняется тем, что при приложении даже относительно небольшой внешней силы на концах трещин возникают максимальные напряжения, способные привести к необратимым пластическим деформациям; наличие концентрации напряжений на концах трещин подтверждено современными методами исследований. В течение всего срока жизни материала или конструкции трещины в них развиваются устойчиво. При росте трещин реакция материала проявляется в том, что для его разрушения требуются все меньшие нагрузки, а при постоянной нагрузке скорость развития трещин возрастает. На ускоренное развитие трещин влияют также знакопеременные нагрузки, увеличение скорости приложения силы, понижение температуры тела и наличие химически активной среды. Развитие трещин занимает значительный период, предшествующий разрушению, так как в начале процесса скорость развития трещин в 107 - 108 раз меньше, чем на заключительном этапе. При достижении в материале некоторого критического напряжения sк развитие трещин становится неустойчивым, что приводит к быстрому разрушению конструкции. Критическое напряжение sк в материале для трещины определенной длины можно вычислить по уравнению А.А.Гриффитса, полученному им при использовании закона сохранения энергии: (1.54) где l — длина трещины, м; С — константа материала. В случае хрупкого разрушения показатель С может быть определен из физико-механических характеристик материала. Рост трещин происходит по трем схемам нагружения деформируемых тел (рис. 1.27).
Рис. 1.27. Схемы нагружения твердых тел: а — отрывная форма; б — форма поперечного сдвига; в — форма продольного сдвига В материалах, нагружаемых по первой схеме (рис. 1.27, а), поверхности трещин расходятся прямо друг от друга. При второй форме нагружения (рис. 1.27, б) поверхности трещины скользят друг по другу перпендикулярно переднему краю трещины, а при третьей форме нагружения (рис. 1.27, в) поверхности трещины скользят друг по другу в противоположных направлениях параллельно переднему краю трещины. Первая форма нагружения характерна для раскрытой книги, для обычного ее положения в процессе пользования. При плохой раскрываемо сти книги, когда пользователь разглаживает или перегибает книгу, этот вид нагружения клеевого соединения тетрадей или листов блока может привести к его разрушению. Вторая форма нагружения характерна для процессов биговки, перфорации, высечки и тиснения, а третья — для ножничного реза, используемого, например, в картонорубилках.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Основы механики разрушения» з дисципліни «Технологія брошуровочно-палітурних процесів»
