Предмет механики разрушения

Предмет механики разрушения

Выбор метода изучения прочности и разрушения материа­лов зависит от размера исследуемого объекта (рис. 18). Размер часто определяет раздел науки или в пределах раз­дела уровни исследования, которые могут развиваться практически независимо друг от друга. Например: 1) на уровне физических теорий, или физика твердого тела; 2) на уровне материаловедческих исследований для ме­таллов – металловедение; 3) на уровне механики мате­риалов, или механические исследования конструкций. Для удобства в дальнейшем будет использоваться эта клас­сификация.

Чтобы проследить за развитием науки о прочности, необходимо детально изучить каждую ее специальную область. В настоящее время, несмотря на существенный прогресс в каждой из трех областей науки о прочности, все же имеет место большое различие между исследовани­ями, проводимыми на микро- и макроскопических уров­нях, что связано с известными затруднениями.

На рис. 18 представлены размеры изучаемых объектов. К объектам, равным 10^-2-10^{-3 см, относятся, с одной стороны, зерна – основные объекты исследования ме­талловедения и физики металлов, с другой – трещины – объект, изучаемый механикой материалов. В целом во всем интервале размеров могут содержаться объекты, начиная от дислокации и вакансий – дефектов на атом­ном уровне – и кончая трещинами – макродефектами. Указанные дефекты можно объединить общим названием «структурные дефекты материала».}

Рис. 18. Спектр объектов исследований, механизмы прочности и разрушения. Область микроисследований – физика твердого тела, металлургия, металловедение; область макроисследований – механика материалов, механика непрерывных сред, прочность конструкций. Все эти направления исследований на рисунке обозначены штриховыми и сплошными линиями. Следует строго разграничи­вать микро- и макрообласти исследований, а внутри этих больших разделов – области каждого научного направления. На схеме по­казан интервал размеров твердых тел от 10^-8 до 10⁴ см. В настоящее время серьезной проблемой является система, которая коорди­нировала бы взаимосвязь между сферами исследований. Например, необходимо исследование влияния надреза 10⁰ – 10¹ см (раздел Механика материалов)   согласовать с прочностью объектов 10² – 10⁴ см – крупногабаритные турбины, самолеты и т. д. (раздел Прочность конструкций):

1 – микроисследования; 2 – макроисследования; 3 – размер дислокаций; 4 – физика твердого тела; 5 – размер крупных молекул; 6 – металлургия; 7 – материаловедение; 8 – неметаллические включения; 9 – трещина; 10 – кристаллические зерна; 11 – размер зерен; 12 – механика сплошных сред и механика материалов; 13 – гладкие образцы; 14 – образцы с трещиной или надрезом; 15 – прочность конструкций;

16 – самолеты; 17 – крупногабарит­ные турбины; 18 – корабли; 19 — длина трещины; 20 – толщина образца; 21 – ширина образца.

Может показаться, что эти дефекты не могут рассматриваться совместно. Однако имеются все основания для изучения микро- и макрообъек­тов, что имеет важное практическое значение. Учет роли всевозможных дефектов структуры в формировании макроскопических свойств материала невозможно выполнить простым суммированием функций, которые линейно опи­сывают закономерности влияния этих дефектов. Макро­скопические закономерности поведения сплошного тела, по-видимому, можно описать как суперпозиции функ­ций мультипликативного вида, комплексно описывающих влияние структурных дефектов. При изучении этих проб­лем положены в основу следующие принципы: 1) комплексность; 2) широкий охват исследуемых материалов; 3) изучение разрушения в различных условиях нагружения (течение, хрупкое и вязкое разрушение, раз­рушение в средах в условиях усталости и ползучести).

Рекомендуемые материалы

В настоящее время комплексный подход в области прочности материалов предполагает следующие направления.

1. Атомистический подход (атомистическая теория и теория дисло­кации)

2. Микроструктурный подход — изучение структуры материалов (металловедение и физика металлов)

3. Подход с позиции механики сплошных сред (механика разрушения)

4. Феноменологический подход (аналитические методы расчета)

5. Подход, базирующийся на термодинамике и статистической меха­нике

6. Статистический (вероятностный) подход

7. Подход, учитывающий влияние окружающей среды

Лекция "Экологические аспекты развития городов и сельских поселений" также может быть Вам полезна.

8. Механические испытания материалов (анализ напряжений и де­формаций в материалах)

9. Подход с точки зрения прочности конструкций (считается основ­ным, так как именно здесь в полной мере можно использовать принцип систематизации и новые методологические разработки).

Конструкционный подход

а) синтез микро- и макроисследований с позиций механики разру­шения

б) связь микро- и макрообъектов с позиции кинематики

в) вероятностные подходы