Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 25
Текст из файла (страница 25)
03). Носле прекращения .7( ми яу 2П Ояя Лся й мин Рнс. 93. Влняияяо кислорода па донрптнчеснпй рост трещины в стали в срсдо увлажпщшого водорода (аавнсниость прироста трощвны йя от вренепн я): 1 — увлажненный водород с 0,7 ай кисло- рода, с — увлажненный водород подачяя кислорода начинает брать верх процесс восстановления кяяслорода водородом нли же растворение пленки водой. С практической точки зрения положительное влияние кислорода представляет счастливый случай.
ведь, вероятно, именно зто влияние помогает обеспечить необходимую трещипостойкость высокопрочпых сталей па открытом воздухе. Кривые докритического роста трещин 151 в сталях практически одинаковы на воздухе и в инертном газе. Следует подчеркнуть, что такое защитное действие кислорода проявляется только прн статическом ггагружепип н совершенно не сказывается при циклическом нагруже~гии. В большинстве случаев коррозиоппого роста трещин процессы адсорбцпп, водородного охрупчнванпя и коррозиоппого растворения взаимосвязаны между собой, и протекание одних обусловливает нроявлепие других. Взаимосвязь этих процессов усложнена влиянием структуры металла, вида папряжеггпого состояния, внешних условий пагружения. Изучшше этой взапмосвязн составляет предмет механики коррозиояного разрушения — научного направления па стыке механики разругпения, материаловедения и химического сопротивления материалов.
3 25. Ктгнетика роста трещин в полимерных материалах Для разрушения полимерных материалов характерны отчетливо выраженные временные эффекты. Полимеры обладают сложными вязкоупругими свойствами, влияющими на процессы постепенного накопления повреждений. Прочность полимерного элемента конструкции падает с течением времени нахождения его под нагрузкой, и при расчете такого элемента прежде всего речь идет об определении его долговечности, существенно зависящей от уровня рабочих нагрузок.
В одноосных экспериментах обнаруживается резкое падение долговечности образца т с ростом приложенного напряжения ш г=В е "' (В, я=сопзг). (87) Па практике разрушение образца происходит посредством зарогкдепня н медленного распространения трещины. Можно отметить некоторые закономерности крайне сложного процесса роста трещин в полимерах. Время зарождшм|я трещяны в период инициирования (заканчивающийся страгивапием трещины) обычно невелики по сраввепию с долговечностью образца, основную часть которой занимает период медленного роста трещины.
Характер дальпейгпего медленного движения макротрещины зависит от уровня прилогг~енных нагрузок. При достаточно больших нагрузках наблюдается самоускоренный рост трещины. Если же нагрузки невелики, то развитие трещины замедляется за счет влияния релаксаци- 152 онных процессов — в ряде материалов вблязн конца макротрещпны образуется атрещина серебров (зона с сильным деформационным упрочнеппем) (рис. 94). В некоторых случаях возможна полная остановка трещины, за Рис. 94. Концевая зова трещины (атрещииа серобраа) в иолимор- иом материале которой может последовать разрыхление материала и дальнейший ускоретптый рост трещины. Степень локализации процесса разрушения при распространении макротрещнпы различна: при больших нагрузках процессы предразрушения существенны только вблизи вершины трещняы, при лтепьших же напряжениях значительное влияние па рост магистральной трещины оказывает накопление повреждений во всем объеме полимера.
Накапливаьощнеся микроповреждення в полимерах можно непосродствепно обнаружить рентгеновскими методамн. В экс|теримет1тах, проведешнях ленинградскими физикамп под руководством акад. С. И. Журкова, обнаружено появление в нагруженных полимерных пленках большого количества днскообразпых субмикротрещин с объемамп порядка 10 'т см'. Каждая отдельная субмикротрещнпа с течением времени не растет, увеличивается лишь пх концентрация. Прп достижении характерной 153 для материала концентрации инкродефентов (порядка 10" — 10" микротрещин на сиз) они сливаются, образуя макротрещипу.
В дальнейшем достижение такой концепт- рации у вершины трещины обеспечивает ее прорастание (рис. 03). Первая модель растущей трещины была построена неиецкни учепыи Л. Прандтлом еще в 1033 г. впе какой-либо связи с существовавшей уже иоделыо Гриффитса (работа его называлась »Мысленная иодель Рнс. 95, Концентрация субкннротрещпп перед вершиной трещины н капроновой плевне процесса разрыва твердого тела»). Интенсивное же развитие идей п моделирование растущих трещин началось только в 60-х годах. Гаспрострапение трещин в т»олимерпых материалах.
описывается чаще всего достаточно простыми иоделяии движения трещины в вязкоупругнх средах. Как ни парадоксально, по эта простота объясняется сложностью и малоизучеппостью механизмов дефориировапия и разрушения полимеров в зоне высокой концентрации нат~ршкений вблизи вершины мапротрещнпы. Моделирование тела с растущей трещиной, как правило, предполагает выбор реологнческой подели материала (например, упругое тело, вязкоупругое тело н т. д.), описание разрушения злеиеита среды (например, постетюкное накопление иикроповреждений) и построение критерия разрушения в копчике трещины (например, критерий !'ппффптса, Ирвина, Лоопова — Панасюка н их иоднфннацпп).
Учет вязких свойств среды обыч- 154 но связывают с надеждой получить описание медленного квазпстатпческого роста трещины. Два слона о вязкоупругих моделях, простейшсыги среди которых являются модели Максвелла и Фохта, Схематически их можно представить как последовательпук> и параллельную комбппацгпо вязкого сопротивления п упругого элемента (рпс. 96). Математическое описание аягкае аапратиглеяие Упругии глемеит Спрута иаг 1.
лги рель Стакааел та Ргааель Факта Рпс. 96, Простейшие вязкоупругпе модели изображенных па рисунке моделей довольно элементарно (Š— модуль упругости, т) — козффициепт вязкости): де, Ие С гго С Ие и =т) —; а=Ее: — =- — — + — о; о=Ее+ц —.. дС' ' ИС й гСС Ч аг ' вязкий модель Максвелла модель Фохта злемевт упругнп злемент Реакция в моделях Максвелла и т1>охта на внезапное приложение постоянного напрян ения по (в момент С = О), которое затем исчезает (в момент С = Т), изображена схематически па рис.
97. Косгечно же, характеристики зтих математических моделей весьма далеки от свойств реальных тел е), тем не менее первая модель — простейший пример моделей, обладасощих мгновенной упругой реакцией (ео = оо(Е), а вторая — модели без упругой реакции (ео = О). *) Хотя некоторые теоретики до сих пор пе прекращают попыток использоеания их для описания позедения пластиков, но, конечно же, не от хорошей жизни — просто дли более совершенных моделей решении получпть не удаетсн.
с 55 В рамках моделей вязкоупругого тела, в которых не учитывается область ослабленных связей (например, в модели Грпффитса — Ирвина), поток энергии, идущий в конец трещины, а также напряжения и деформации и его окрестности оказываются такими же, как в упругом тело с соответствующими мгновенными модулями. од Е т Т Т о" Рно. 97. Поаедеппе простебшпх моделей прн ступопчатои измере- ния пагрузкп (е): модель Максвелла (а), модель Фохта (о) Поэтому описание развития трещины в такой модели не отличается от описания по модели упругого тела.
Для вязкоупругого тела, не обладающего игновеппой упругой реакцией (иодель типа фохтовской), имеет место очевидный парадокс: согласно критерию Гриффитса трещины в такои теле не распространяются, а по критерию Ирвина рост возможен, но он будет идти без потребления энергии (г!). Появление этого парадокса связано, конечно же, с наличием чразвычайпо сильной идеализации: полныи пренебрежением размерами и структурой области высокой концентрации напряжений (области, в которой протекают нелинейные диссипатинпые процессы и процессы разрушения) . Ситуацито иожно спасти, сделав, например, предположение о тои, что поверхностная энергия ( является универсальной функцией скорости трещины п.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
