Диссертация (1149331), страница 3
Текст из файла (страница 3)
«Статическая прочность» может бытьописана критериями видаA(t ) Aкритгде функцияA(t )(1.1)задает интенсивность внешнего воздействия, аAкрит -критическое значение, превышение которого приводит к «разрушению».Причем термин «разрушение» здесь понимается в широком смысле:хрупкое разрушение, переход в пластическое состояние и прочие.
Критерии вида,постулирующие момент разрушения при достижении некоторой предельной14критической ситуации, принято называть статическими, не зависящими отвремени и способа приложения внешних нагрузок.В случае быстро изменяющихся внешних воздействий критерий (1.1) неработает. Например, Н.А. Златиным и его коллегами [20] был получен эффектналичия «динамической ветви» при высокоскоростных разрушениях. То естьбылозафиксировано,чтоматериалыспособнывыдерживатьнагрузки,многократно превосходящие статический предел прочности Aкрит .
Данный эффектнесоответствуетклассическим(приквазистатическихнагружениях)представлениям о прочности. Это подтверждает огромное количество работ,например [21-24]. Для описания подобных эффектов было предложено множестворазнообазных критериев. Их описание можно найти в работах Ли [25], Жао [26][27], Рави Чандара [28], Тулер и Бучар [29], и многих других, но, к сожалению,все они имеют ряд недостатков и работают только в руках их создателей дляузкого круга экспериментальных методов.Еще один эффект, регистрируемый при динамическом разрушении – эффект«запаздывания». Процесс разрушения в данном случае происходит не примаксимальных локальных напряжениях, а на ниспадающей ветви нагрузки.Связано это в первую очередь с тем, что традиционные параметры прочности,являющиеся константами в квазистатических испытаниях, при увеличениискоростиприложениянагрузкипроявляютзависимостьотфизическиххарактеристик внешнего воздействия.
Также многие исследователи пыталисьзаменить динамические характеристики материала кривой, отвечающей заскоростную,временнуюипрочиезависимости,полученныеизэкспериментальных данных. Стоит отметить, что этот подход используется и внастоящее время во многих инженерных программах. Полученные такимспособом прочностные свойства материалов не отвечают главной зависимостидинамической прочности материала от способа и формы приложения нагрузки.Все возможные вариации внешних нагрузок предусмотреть невозможно.Единственно верный выход: создание простого критерия разрушения с15небольшим набором параметров материала, определяемых из ограниченногоколичества экспериментов.В 1974 г.
Н.А. Златиным и его коллегами экспериментально был полученэффект наличия «динамической ветви» при динамических разрушениях. То естьбыло в очередной раз зафиксирована возможность выдерживать материаламинагрузки, многократно превосходящие их статический предел прочности. Приэтом статические критерии прочности объяснить данный факт были не всостоянии.
Как уже отмечалось ранее, в научной литературе имеется огромноеколичество критериев разрушения. Приведем лишь некоторые примеры,сыгравшие большую роль в развитии применяемого в настоящей работе подхода.Критерий минимального времени Шоки-КальтхоффаВ 1977 году Дж. Кальтхофф и Д. Шоки [30] установили экспериментально,чторазрушение может иметь местоинтенсивноститечениенекоторогокогда динамическийкоэффициентпревосходит динамическую вязкость разрушенияпромежуткавремени.Онирешилиотказатьсявоттрадиционного критерия предельной нагрузки. Согласно их наблюдениямматериал характеризуется параметром времени, который отвечает процессубыстрого разрушения.
На первый взгляд отсутствует аналитическая основапредложенной модели разрушения. Но идея существования параметра материала,имеющего размерность времени, и тот факт, что разрушение - процесс немгновенный, а интегральный, является прорывом того времени и всей науки«динамика разрушения».«Критерий минимального времени» имеет одну важную особенность.Всегда было принято считать, что разрушение может произойти только в моментдостижениянагрузкойпредельногозначениядляданногоматериала.Получается, что возможен эффект «задержки разрушения», наблюдаемый в ходепроведения реальных экспериментов. Без этого предположения практическиневозможно объяснить ни один результат экспериментов по высокоскоростному16разрушению.
Главной причиной этому являлось устойчивое понятие о том, чторазрушение происходит при достижении силового поля своего предельногозначения. Теперь же появился «временной фактор», то есть разрушение можетпроизойти и на ниспадающей ветви силового воздействия. Также исследователисделали интересный вывод о том, что разрушение может происходить как принапряжениях выше, так и ниже статического предела прочности материала.Причем существует явная зависимость от скорости приложения нагрузки.Дальнейшее совершенствование высказанных идей позволило кардинальнопересмотреть взгляды на понятие «разрушения» и на наличие процессов,происходящих в момент разрушения.Импульсный критерий Никифоровского-ШемякинаСвою работу [31] В.С.
Никифоровский и Е.И. Шемякин (1979) направили наизучение динамической теории разрушения твердых тел. Было описано несколькофакторов,несогласующихсяквазистатическихрежимахспредставлениямидеформации.Такжеоразрушениибыловзафиксированосущественное превышение предела прочности на разрыв при увеличениискорости нагружения.С целью объяснения отмеченных эффектов В.С.
Никифоровский иЕ.И. Шемякин предложили критерий, состоящий в прямом учете историилокального разрывающего напряжения. Критерий записывается в интегральнойформе и имеет смысл достижения полного силового импульса некоторойпредельной величины (1.2).(1.2)∫где- время разрушения,экспериментально.Предложенный- критический импульс, определяемыйкритерийработаеттольковрамкахдинамических испытаний, то есть когда нагружение происходит короткимиимпульсами.Переходкквазистатическиммоделямвданномподходе17невозможен. Кроме того данный критерий применим только к разрушению«бездефектных» сред.
Несмотря на все это, критерий Никифоровского-Шемякинаявляется большим шагом вперед. В научной литературе довольно широкопредставлены разнообразные вариации критерия (1.2), примеры его применения иисследования в динамическом диапазоне.Введение времени как одной из характеристик процесса разрушениялогичноиподтверждаетсямногимиэкспериментальнымиданными.Действительно, для передачи воздействия от ударника нужно время.
Процессзарождения и накопления поврежденностей происходит также не мгновенно.Совместное развитие перечисленных идей позволило создать достаточнопростойкритерийдинамическогоразрушения.Различнымвариациямиособенностям последнего посвящена настоящая работа.Критерий инкубационного времениМногие критерии работают только в условиях высокоскоростногонагружения и абсолютно бесполезны при статических режимах нагружения.Отсутствие связи между статическим и динамическим критериями накладываетнекоторые ограничения на их использование. В первую очередьэто связано с тем, что невозможно заранее определить поведение материала вшироком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия, во вторых,сложно сказать какая скорость приложения нагрузки для рассматриваемогоматериала будет быстрой, а какая медленная. Это только малая частьограничений.
Для решения озвученных проблем были предложены критерии наоснове концепции затухания «памяти». К примеру, Ю.Н. Работнов величинунагрузки A(t ) в (1.1) заменил на оператор свертки с функцией затухания.Критерий принял видt A(t )K (t s)ds Aкрит0(1.3)18За последнее столетие было предложено много идей и останавливаться наописании каждой нет необходимости.Критическое развитие вышеперечисленных и других подходов, вкупе споявившимися в 80-х годах новыми экспериментальными данными поскоростному разрыву твердых тел, привело к возникновению структурновременного подхода в механике разрушения (Ю.В.
Петров, А.А. Уткин, 1987 [32];Н.Ф. Морозов, Ю.В. Петров, А.А. Уткин, 1988 [33-35], Н.Ф. Морозов, Ю.В.Петров, 1990 [36]), основным инструментом которого стал критерий, содержащийкомбинированноеинтегрированиеполянапряженийпоспециальномупространственному линейному размеру и некоторому временному интервалу.Дальнейшее развитие перечисленных идей привело к формированиюфундаментального понятия инкубационного времени процесса динамическогоразрыва (Ю.В. Петров, 1991 [37]), на основе которого оказалось возможнымсоздавать как критические, так и кинетические предельные условия разрушения итекучести (Н.Ф. Морозов, Ю.В.
Петров, 1994 [38]; Ю.В. Петров, 1996 [39];Ю.В. Петров, А.А. Груздков, 1999 [40]; А.В. Каштанов, Ю.В. Петров, 2007 [41]).В данной работе используются варианты критериев разрушения и текучести. Дляхрупкогоразрушениякритерийинкубационноговременипредставляетсяследующим условием1(1.4)t A(s)ds Aкритt ,где А(t)- приложенная нагрузка, Аcrit – статический предел прочности (текучести)на сжатие или растяжение, τ – инкубационное время, связанное с развитиемрелаксационных процессов в структуре материала, – безразмерный параметр (ванглоязычной литературе в подобных ситуациях обычно используется термин«shape parameter»), отвечающий за чувствительность материала к амплитуденагружения.Для критерия вида (1.4) уже было доказано [42], что при относительномедленном изменении внешней нагрузки он переходит в критерий (1.1).
Тем19самым критерий инкубационного времени позволяет оценить прочностныесвойства материала в широком диапазоне изменения параметров внешнеговоздействия. Тем самым удалось построить «мост» между статическим идинамическим режимами разрушения.Возможные варианты применения критерия инкубационного времениМногимипластическогоисследователямидеформированияиотмечаетсятеснаясвязьхрупкогоразрушения.процессовНедаромчастьстатических критериев используется как для хрупкого разрушения, так и дляперехода материала в пластическое состояние. Обычно пластические теченияматериала относят к этапу его предразрушения.
Одну из главных ролей в этихпроцессах играют несплошности структуры материала, наличие дефектов инарушения целостности.Несмотря на то, что разделение разрушения твердых тел на хрупкое ивязкое имеет долгую историю, в настоящее время не существует общепринятогоподхода и строгой классификации этого процесса. Например один изтрадиционных подходов, приведенный в [43], основывается на величинемеханической энергии, поглощенной до разрушения. Большая часть работы придеформировании до разрушения при этом соответствует вязкому разрушению,малая – хрупкому. Однако провести резкую грань между двумя процессамидеформирования удается лишь в некоторых случаях. Поэтому часто говорят осмешанном виде разрушения или даже о долях хрупкого и вязкого разрушенияпри разделении образца. Кроме того, в условиях динамического нагружениявозникают проблемы и с определением энергии разрушения.
В связи с этимразличнымиисследователямипредлагаютсяспособы(поопределеннымпризнакам) отнесения разрушения к хрупкому или вязкому. В их числе:1. «Ориентация поверхности разрушения» [44].20Хрупкому разрушению соответствует отрыв. Поверхность разрушенияперпендикулярна направлению приложенной нагрузки. Вязкому разрушениюсоответствует пластический срез.2. «Размер пластической зоны» [45].При этом виде разрушения хрупкое разрушение происходит без заметныхпластических деформаций.3.
«Предельные деформации».Хрупкому разрушению соответствует малая предельная деформация.Если же рассмотреть механизм деформирования на атомном уровне, то прихрупком разрушении происходит разрыв межатомных связей, а при вязком смещение атомных слоев по плоскостям скольжения [46]. Поэтому материалы саморфнойструктурой(стекла,керамики),характеризуемыеслучайнымрасположением атомов, а тем самым и изотропными свойствами, проявляютсклонность к хрупкому разрушению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
