Разрушения характеризуется

ния Е. О. Орована 1382, 383] и Дж. Р. Ирвина [354, 355]. Эта концепция явилась крупным вкладом в процесс перехода от идеального материала в схеме Гриффитса к реальным металлическим материалам. Благотворность этой концепции объясняется тем, что разрушение реальных конструкций практически всегда происходит квазихрушшм образом — макрохрупкий излом содержит значительные остаточные деформации вблизи поверхности разрушения. Таким образом был открыт путь применения теории разрушения Гриффитса к решению инженерных проблем. Энергия Г обеспечивает существование твердого тела как единого целого, а при образовании новых поверхностей (из начального разреза) можно считать, что энергия Г имеет поверхностную природу н поэтому

Решение (28.3) зависит от одного произвольного параметра L Поэтому для установления зависимости длины трещины от приложенной нагрузки применим закон сохранения энергии, который в совокупности с модифицированными физическими представлениями о работе разрушения Гриффитса — Орована — Ирвина может быть приведен к следующему выражению [3041:

После перестановки членов этого уравнения (при dc > 0) получаем уравнение разрушения Гриффитса, определяющее приложенное критическое напряжение 0С, соответствующее возникновению неустойчивости 4) трещины, в следующем виде:

Уравнение разрушения Гриффитса не только устанавливает, что прочность тела связана с наличием трещины согласно анализу Инглиса, но показывает также, что реальная прочность материала зависит от размера трещины и двух характеристик материала. Таким образом, прочность материала определяется тремя факторами: энергией разрушения -у, модулем упругости Е и размером трещины с. Важное значение этого соотношения состоит в том, что представляется возможным проанализировать прочность материала в зависимости от этих определяющих прочность факторов. Для объяснения прочностных свойств композитов с дисперсными частицами необходимо исследовать влияние дисперсной фазы на каждый из указанных факторов. Прежде чем сделать это, обсудим две важные стороны концепции Гриффитса, так как они составляют основу этой главы.

Следует обратить внимание на то, что приложенные напряжения, при которых впервые появляются трещины, не обязательно должны совпадать с разрушающими. После того как связанная с частицей концентрация энергии деформации снимается при растрескивании, размер вновь образованной трещины должен стать достаточно большим, чтобы удовлетворить условию разрушения Гриффитса. Таким образом, возможно, что в композите до достижения критического приложенного напряжения, вызывающего разрушение, может образоваться большое количество трещин. Для исследований этих процессов может быть полезен метод акустической эмиссии.

Возможность применения механики разрушения к неоднородным композиционным материалам можно выяснить путем рассмотрения критерия разрушения Гриффитса с учетом квазитермодинамических принципов. Суть фундаментальных предположений и ограничений классической механики разрушения можно пояснить при помощи представлений составляющих энергии в более общем виде. Такой коренной пересмотр позволил бы определить изме-

В работах [50, 66] была показана эквивалентность критериев разрушения Гриффитса и Баренблатта, основанных на балансе энергии и силах сцепления соответственно. Отметим, что важное следствие гипотезы Баренблатта заключается в сведении всех задач с трещинами к одномерной задаче, т. е. к одной клиновидной форме трещины. При рассмотрении баланса энергии в предыдущем разделе мы видели, что задача распространения трещины в композите явно не одномерная. Поэтому в следующем разделе будут даны соответствующая модификация и обобщение одномерной теории на случай многомерной задачи.

— разрушения Гриффитса 17, 35 Уровни рассмотрения 208

И наконец, глава завершается обзором современных подходов механики разрушения, применяемых к композитам, и оценкой точности описания имеющихся экспериментальных данных. Следует подчеркнуть, что при написании главы ставилась цель — дать оценку степени применимости модифицированной механики разрушения Гриффитса — Ирвина для предсказания разрушения композитов. Поскольку эта глава одна из последних в сборнике, сделана попытка сконцентрировать в ней некоторые идеи предыдущих глав, сославшись на них там, где это возможно.

В теории разрушения Гриффитса— Ирвина считается, что трещина распространяется неустойчивым образом, когда скорость высвобождения энергии деформирования g достигает

V. Модель тонкой пластической зоны. Концепция, альтернативная теории разрушения Гриффитса — Ирвина, была выдвинута несколько лет назад Г. И. Баренблаттом [39]. Чтобы избежать бесконечно больших напряжений в кончике трещины, он предложил, что в области перед трещиной, где полное разделение материала еще не наступило, действует поле когезионных сил (рис. 6.10, а). Считая, что напряжения в этом поле постоянны и равны напряжению текучести Gys, Даг-дейл [40] получил первое приближенное решение упругопла-стической задачи для трещины нормального разрыва (I рода). Дагдейл предположил, что зона текучести перед кончиком трещины в плоскости трещины имеет вид узкой щели с пластической областью размером 60, которая увеличивается с размером трещины до предельного значения (рис. 6,10,6).

Одной из ВОЗМОКНУХ причин рьзру1'!ения магистральных jpyuo-провэдов мокет служить так называемое карбонатное растрескивание (КР) металла труб со стороны вшнешней катодно-зацищёияой поверхности. JTOT вид разрушения характеризуется образованием по сечению С1й«ши трубь ветвящихся меакристйдлиших трещин (рио.1,Ь которые идуг от внешней поверхности труби и располагаются адол.;

Величина термических напряжений в отливке (изложницы) зависит от перепада температур (А/) между отдельными ее частями или по сечению стенки, коэффициента термического сжатия (а), модуля упругости (?). Способность же выдерживать эти напряжения без разрушения характеризуется прочностью материала. Исходя из изложенного способность материала выдерживать возникающие напряжения - стойкость против образования трещин В - долж-

В области пластичного разрушения и высокой пластичности, которая отсутствует в сплаве МТАН [433], нарастает пластичность, связанная с хрупко-пластичным переходом самих частиц и обходом дислокациями частиц путем поперечного скольжения; поверхность разрушения характеризуется наличием крупных ямок, свидетельствующих о быстром укрупнении пор. За областью пластичного разрушения следует область высокотемпературного межзеренного разрушения.

— очаг разрушения характеризуется определенным рельефом в соответствии с видом дефекта и располагается с внутренней или внешней поверхности в различных местах по сечению лонжерона;

и достижение предельного состояния по критерию усталостного разрушения характеризуется условием

Зависимость между величиной напряжения и числом циклов до разрушения характеризуется кривой Велера (рис. 13).

Предельное состояние по накоплению усталостного повреждения в смысле образования трещины или полного усталостного разрушения характеризуется достижением величины «а» некоторого предельного значения а =А, которое вообще зависит и от типа, материала и от протекания изменения неременных напряжений, характеризуемого соответствующим спектром. Для характеристики сопротивления металла накоплению повреждения не только по числу циклов, но также в напряжениях используются вторичные кривые усталости. На эти кривые наносятся суммарные числа циклов, накопленные на всех уровнях напряжений, необходимые для образования трещины или разрушения, в зависимости от величины одного из напряжений спектра (например, минимального), характеризующего его уровень. При переходе от спектра с одним уровнем к спектру с другим все напряжения спектра пропорционально изменяются. На рис. 5 приведены исходная и вторичная кривые усталости для чугуна. Из вторичной кривой усталости вытекает значение вторичного предела усталости. При соблюдении линейного накопления повреждения, одинакового на всех уровнях, левые ветви исходной и вторичной кривых параллельны.

Таким образом, электроимпульсный способ разрушения характеризуется избирательностью разрушения по крупности продукта. Так, в первую очередь разрушаются более крупные куски, что хорошо согласуется с физическими основами электроимпульсного разрушения, так как электрическая прочность крупного куска, прекращающего рабочий промежуток, ниже, чем электрическая прочность многослойных систем.

Второй режим разрушения характеризуется умеренными скоростями Gw и триадой компонент SiO, CO и СО2 в продуктах разрушения и заканчивается тогда, когда для окисления выносимого на поверхность углерода оказывается уже недостаточно оторвать один атом кислорода от молекулы стекла. Обозначим через Gffl такое значение скорости уноса массы, при котором относительное содержание свободного кремния превысит psi/psi0 5=Ю-2. Согласно уравнениям (9-23) и (9-24) при этом молекулы SiO2 и СО2 в продуктах разрушения у поверхности уже отсутствуют, а компонент типа Si2C еще очень мало. Можно также пренебречь 258 содержанием Н2О. Тогда из баланса массы кислорода можно, как и в

Зависимость между величиной напряжения и числом циклов до разрушения характеризуется кривой Велера (рис. 13).

Интенсивность разрушения характеризуется потерей веса или объема в единицу времени. Чем меньше эти потери, тем большей износостойкостью обладает рассматриваемый материал. Однако из-за большого разнообразия условий, в которых происходит гидроабразивный износ, использование каких-либо количественных показателей для оценки абсолютной износостойкости того или иного материала чрезвычайно затруднено.