Партон В.З. - Механика разрушения. От теории к практике (1015817), страница 37
Текст из файла (страница 37)
О е п 2' К« . О К„ О Р~ = — — =-- ейп —, Р„=., соз —, (т 2пт 2 ~' 2нт (117) Коэффициент К„зависящий от геометрических размеров задачи н значения потенциала па границе, будем называть ковффиииентом интенсивности плотности зарядов. Двигаясь по дорожке, проложенной механикой разрушения, будем предполагать, что именно коэффициент интенсивности плотности зарядов ответствен за пробой диэлектрика, т. е. за образование проводящих поверхностей между электродами. Отметим, что так»ке как и в меха- пине разрушения, введенный коэффициент К, связан с потоком энергии через произвольный контур, охватывающий край дефекта или электрода, которая затрачивается на образование проводящей поверхности или капала, Пользуясь этой аналогией, будем говорить, что пробой диэлектрика наступает тогда, когда величина К, достигает критического значения, т.
е. запишем критерий пробоя в виде К, = К„ (118) где К, — критический ковффиЧиент интенсивности плотности зарядов, являющийся характеристикой диэлектрика. Конечно, предлагаемый критерий пробоя диэлектриков в виде (118), по-видимому, пе в состоянип описать все многообразие явлений пробоя и применительно к различным средам нуждается в усовершенствовании.
В частности, приведенные выше соображения, следствием которых явилась формула (118), никак пе учитывают возможность создания между обкладками конденсатора объемного заряда, который может образоваться вследствие «вырывания» электронов с поверхности электродов 220 при болзших напряженностях электрического поля плп в результате ионизации некоторых объемов диэлектрпка. Вместе с тем критерий (118) применительно к вакуумной изоляции находит довольно хорошее экспериментальное подтверягдепие.
Для иллюстрации сравним значения пробивных напряжений, вычисленных согласи критерию (118) и измеренных экспериментально: 350 и 384 кВ (вакуум 1,33 ° 10 ' Па), 200 и 300 кВ (вакуум 1,33 10 з Па), 130 и 125 кВ (вакуум 0,66.10 з Па). Электродами служили диски радиуса а, расположенные на расстоянии Ь (приведены данные для случая й = = 0,2а). Лналогия между электростатнкой и теорией упругости помогает не только в моделированпи электрического пробоя диэлектрика. Используя ее, мо'кно описать влияние электрического поля иа распространение трещины под действием механических нагрузок.
В электрическом поле к потоку освобождающейся упругой энергии, идущему в вершину трещины, добавляется и поток электрической энергии. Подсчет суммарного потока С, затрачиваемого па образование новой поверхности разрыва, и в данном случае проводятся по схеме Ирвина (т 14), только к интегралу от произведения нормального папряжешзя п„па перемещение берега трещины и следует приплюсовать интеграл от пропзведеппя электрического смещения 77„па разность потенциалов ~р между берегамп трещины.
Именно отмечепяая аналогия — сравните формулы (44), (45) н (117) — и подсказывает впд условия распространения трещины в диэлоктрнке. Подобные условия, названные ПК-критерпямп, были установлены в 1975 г. проф. Б. Л. Иудрявцевым и автором этпт строк, $33. Что же хорошего н разрушепниу Попробуем, обладая известной степенью воображеппп, представить себе фантастический мир беэ раэрушсппп Ну, конечно же, прекратились катастрофические землетрясения, связанные с разломами земной норы, пе рушатся здания, не разваливаются пополам суда, пе ломаются руки, пальцы, зубы.
Прекрасный мир. Однако птнцы (и крокодилы тонге) исчезли бы в таком мире, ведь из яйца птепеп пе мог бы вылупиться. Небьющнеся яйца привели бы к закату кулинарного искусства, даже от яичницы остались бы одни воспоминания. И, вообще, 15ч 227 нельзя было бы резать колбасу, жевать хлеб.
Грустный небритый (бритва стала бесполезной) человек мог бы только сосать и облизывать, используя в пище только вещества, растворимые в воде. Было бы холодно, лед бы пе разрушался до тех пор, пока его полностью пе растопит солнце, пе работали бы тепловые электростанции, поскольку добыча полезных ископаемых связана с разрушением. Даже костер пришлось бы разводить из целых стволов деревьев.
Если дальше эту картину продолжалп бы писать профессионалы, то по их сценарию можно было бы спить леденящий душу фильм ужасов. Мы же, уяснив всю важность и полезность явления разрушения, вернемся в паш реальный мир и обсудим кратко полезные аспекты применения разрушения.
В повседневной жизни мы заинтересованы не только в достаточно легком, по и в надежно контролируемом разрушении. Примерами такого разрушения явля«отея аккуратное вскрытие без помощи ножа банок с пивом илн сардинами из-за наличия ослабленных участков упаковок, отрыв почтовых марок точно по перфорациям или вскрытие стирального порошка надавливанием пальца на окруженное просечками место па коробке. Хозяйки очень сердятся, если просечки эти недостаточно глубокие или их нет вовсе, а участок с надписью «Вскрывать здесь» окрулсен нарисованным на поверхности красивым пунктиром.
Еще один широко известный пример предсказуемого разрушения дают подвергнутые специальной обработке автомобильные ветровые стекла, которые рассыпаются при аварии па легкие безопасные кусочки, а не разбнвшотся на характерные для обычного стекла крупные вытянутые осколки, похоя«ие па острые ножи. Мы сознательно ведем разрушение, затачивая грифели карандашей, растирая в ступне душистые или красящие вещества перед изготовлением кулинарных или косметических препаратов, а таня«е шлифуя, обрабатывая напильником и т. д, и т.
п. Мы используем контролируемое разрушение в искусстве при измельчении красителей для составления красок, при огранке драгоценных камней, а также при создании скульптур из мрамора, дерева, гранита. Неконтролируемое разрушение только случайно приводит к эстетически привлекательным результатам.
Спекулируя на том, что людям может правиться сетка трещин иа глазурованной керамике или па поверхности картин старых мастеров, «умельцы» (для создания эффекта Ззв нодлинпости) обрабатывают вазы и картины специальным образом а), В промыптленности разрушение полезно при дроблении, перемалывании, бурении. Высокая степень измельчения компонент способствует полноте растворения, увеличивает скорость химических реакций, повьппает прочность цемента. Мы уже говорили о том, что затраты на возмещение ущерба от катастрофических разрушений, а также на предотвращение разрупгепия оцениваются в СПгА в огромную сумму порядка 4 $ валового национального продукта.
Так вот, еще в больгпую сумму, примерно 5 '$ валового национального продукта, оценивается стошиость проведения операций, связанных с контролируемым разруапепием в машиностроительных отраслях промыптлеппости (разрезка, тплифовка, полировка, токарная обработка металлов и неметаллов и т.п.). Сложилась довольно странная ситуация.
С одной стороны, предприняты значительные усилия и достигнут значительный прогресс в понимании явления разрушения, в создании научно-обоснованных методов выбора материалов и конструктивных параметров, гарантирующих безопасность конструкции в течение расчетного срока ее эксплуатации. С другой же стороны, было предпринято гораздо меньше попыток исследования факторов, облегчающих разрушение в технологических процессах, создания методов оптимизации формы инструмента, режимов обработки, выбора активных сред и т.
д. Это направление пе вызывает должного интереса у специалистов по меха- пике и физике разрушения, а поэтому инженеры-практики здесь пока идут вперед в эмпирических потемках. А ведь экономические итоги, связанные с повыапенвем эффективности дробления, резания, перемешивапия, перемалывания или металлообработки, составляют миллиарды рублей.
Рассмотрим возможности повыптения эффективности некоторых важных производственных процессов за счет оптимизации использования разрушения. Всем известно, что взрыв успешно служит человеку при извлечении угля, руды и прочих полезных ископаемых. Однако плохо рассчитанный взрыв приводит к тому, что взрывная порода летит куда попало, размеры разлетевшихся опасных осколков самые различные, что неудобно для последую- ") Вспомните, например, иавестную детективную киноленту «Возвращение вСаятого Луки>. 229 щей обработки (рис.
444, а). Напротив, если взрыв под гоговлен хорошо, то он происходит без разлета породы с хорошей фрагментацией осколков и аккуратным отвалом породы (рис, 144, б) . При таком взрыве колебшшя окру жающей земной поверхности минимальны, что уменьшает негативное действие на человека, природу, здания и сооружения. Основные теоретические схемы, используемые длп описания взрыва в твердом теле, сводятсн к моделированию: 1) растрескиванпя породы при распространении Рис. 144.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
