Что такое практическая прочность

ПРОЧНОСТЬ

ПРОЧНОСТЬ — свойство материалов воспринимать те или иные воздействия, не разрушаясь. Часто понятие «прочность» рассматривают так же, как способность материала сопротивляться действию нагрузок без образования заметных остаточных деформаций. Такое толкование прочности находит практическое применение для пластичных материалов, разрушению которых предшествуют значительные остаточные деформации. Одной из основных количественных характеристик прочности является предел прочности (временное сопротивление) при растяжении, равный частному от деления наибольшей нагрузки, которую выдерживает растягиваемый образец, на первоначальную площадь его поперечного сечения.

Другими характеристиками могут служить предел прочности при сжатии, предел прочности при сдвиге, истинное сопротивление при разрыве и т. д. В зависимости от свойств материала и типа нагрузок прочности материала может также характеризоваться пределом текучести, пределом ползучести, пределом выносливости, а также ударной вязкостью. Различают 2 вида разрушения: в результате отрыва частиц или сдвига слоев. Разрушение путем отрыва типично для хрупких материалов (чугун, бетон, стекло), разрушение путем сдвига — для пластичных материалов (малоуглеродистая сталь, медь, алюминий и их сплавы). Вместе с тем вид разрушения и прочности материала существенно зависят от условий нагружения (температура, скорость нагружения, вид напряженного состояния, наличие концентраторов напряжений, агрессивная среда, действие проникающих излучений и т. п.). Например, с повышением температуры пластичность металлов обычно увеличивается, появляется способность к ползучести, а характеристики прочности уменьшаются.

Понижение температуры ведет к увеличению хрупкости с преобладанием разрушения путем отрыва. При увеличении скорости нагружения характеристики прочности обычно несколько возрастают, а пластичность уменьшается. Некоторые материалы (например, стекло) обнаруживают пониженную прочность при длительном действии нагрузки и разрушаются по типу отрыва. Прочность твердых тел обусловлена взаимодействием между атомами (молекулами, ионами), из которых состоит тело. Разрушение наступает, когда внешние силы преодолевают силы взаимодействия между частицами по некоторому сечению или слою. Процесс упругого и пластического деформирования связан также с преодолением сил взаимодействия. Определение упругих и пластических свойств и прочности твердых тел на основе данных об атомо-молекулярной структуре составляет раздел физики твердого тела.

Теоретические расчеты, основанные на рассмотрении идеальной кристаллической решетки, дают значения характеристик прочности, обычно в сотни и даже тысячи раз превышающие опытные значения. Чтобы устранить это расхождение, необходимо предположить наличие в теле дефектов.

Современная точка зрения на прочность и пластичность моно-кристалличечских твердых тел исходит из факта наличия дефектов кристаллической решетки и, в первую очередь, дислокаций, т. е. линейных искажений структуры решетки, имеющих ширину в несколько периодов решетки, а длину в сотни и тысячи раз большую. На 1 см2 не наклепанного металла приходится 106—108 следов выхода дислокаций. При пластичной деформации плотность дислокаций может повыситься до 1011—1012 на 1 см2. Элементарные акты скольжения внутри кристаллов сводятся к перемещению дислокаций. Помимо дислокационного механизма, пластическая деформация монокристаллов может быть обусловлена также двойникованием, диффузией атомов или вакансий и др.

Большинство строительных материалов являются либо поликристаллическими (сталь), либо неоднородно зернистыми (бетон). Прочность этих материалов в основном определяется наличием хаотически расположенных кристаллитов и зерен различной прочности и ориентации, сильным влиянием границ зерен, инородных включений, пустот, трещин и т. д. Для теоретического исследования поликристаллических и зернистых материалов применяются статистические методы. Разработана лишь статистическая теория хрупкого разрушения, согласно которой тело состоит из весьма большого числа элементов с некоторым статистическим распределением прочности. Разрушение тела происходит, когда местное напряжение превзойдет прочность наиболее слабого элемента. Эта теория позволяет дать качественные и количественные описания масштабного эффекта, наблюдаемого при разрушении хрупких тел, а также разброса характеристик прочности при испытаниях.

Согласно 1-й теории, за критерий прочности принимается максимально растягивающее напряжение. Предполагается, что, независимо от вида напряженного состояния прочность будет исчерпана, когда напряжение ох превысит предельное напряжение, найденное из опыта на простое растяжение. Аналогично формулируются другие теории. Во 2-й теории за критерий прочности принимаются наибольшие относительные удлинения, в 3-й теории — наибольшие касательные напряжения. Несколько обособленное место занимает 4-я теория, согласно которой прочность при сложном напряженном состоянии определяется расположением главного круга Мора относительно огибающей, построенной на основании опытных данных. В 5-й теории за критерий прочности принимается удельная энергия деформации, связанная с изменением формы тела (возможна и иная трактовка этой теории, основанная на введении октаэдрического касательного напряжения или второго инварианта девиатора напряжения).

Согласно современной точке зрения, для оценки прочности при разрушении путем отрыва наиболее применимы 2-я и 4-я теории прочности. При этом эквивалентное напряжение сравнивается с пределом прочности при растяжении. Для оценки прочности при разрушении путем сдвига применяются 3-я и 5-я теории; эквивалентное напряжение сравнивается при этом с пределом текучести (см. также в теории пластичности условия наступления текучести). В связи с тем, что у одного и того же материала возможны оба типа разрушения, были предложены объединенные теории прочности (например, теория Давиденкова — Фридмана). 4-я теория в общем виде, также допускает учет двух типов разрушения.

Источник

Теоретическая и практическая прочность металлов.

Теоретический расчет прочности кристалла впервые был выполнен Я. Френкелем. В основу была положена простая модель двух рядов атомов, которые смещаются относительно друг друга под действием касательного напряжения т (рис. 5.1). При этом предполагалось, что атомы верхнего ряда перемещаются относительно нижнего как одно целое, одновременно. Такой механизм принято называть схемой жесткого сдвига.

На рис. 5.1. межплоскостное расстояние (расстояние между рядами) принято равным а, а расстояние между атомами в направлении скольжения составляет Ь. Под действием сдвигового напряжения х атомные ряды будут смещаться относительно друг друга, попадая в равновесные позиции в таких точках, как А и В, где напряжение сдвига, необходимое для сохранения данной конфигурации, равно нулю. Это напряжение равно нулю также и в случае, когда в обоих рядах атомы располагаются точно друг над другом в положениях С и D. В промежуточных позициях напряжение имеет какие-то конечные значения, которые периодически меняются в объеме решетки. Если под действием сдвигового напряжения смещение составляет х, то напряжение будет являться периодической функцией х с периодом Ъ. В наиболее простой форме эта зависимость может быть представлена в виде синусоидальной кривой (см. рис. 5.1):
х = ksm(2nx/b). (5.1)

Для малых смещений х = klnx/b. Используя закон Гука, величину напряжения сдвига можно представить в ином виде: т = Gx/a, где G — модуль сдвига; х/а — деформация сдвига.
Если приравнять приведенные выражения для х, то; х = Gb/lmi; подставляя это значение х в соотношение (5.1), получим:
х = ksin(2nx/b)

Для малых смещений х = klnx/b. Используя закон Гука, величину напряжения сдвига можно представить в ином виде: т = Gx/a, где G — модуль сдвига; х/а — деформация сдвига. Дальнейшие расчеты приводить не будем.

Если принять, что а =Ь, тогда теоретическое критическое напряжение сдвига приближенно равно G/2n. Например, для кристаллов меди G = 46 ООО МПа, следовательно, теоретическое значение т = 7320 МПа. В то же время для реальных кристаллов меди наблюдаемое сопротивление сдвигу составляет всего лишь 1,0 МПа. Таким образом, теоретическое значение прочности на несколько порядков выше действительной величины.

Уточнение приведенного выше расчета путем использования более близкого к действительности закона периодического изменения т в зависимости от х приводит к выражению ткр = G/30 (расчет по Маккензи), что также на несколько порядков превышает реальное сопротивление сдвигу.

Аналогичные рассуждения можно провести для случая, когда в результате действия нормальных напряжений происходит одновременный разрыв межатомных связей для двух рядов атомов и образуется трещина. Работа, затрачиваемая на разрушение, расходуется на создание двух новых поверхностей, обладающих поверхностной энергией уг. Теоретическую прочность идеального кристалла, определенную из условия равенства работы отрыва двух рядов атомов и поверхностной энергии, образованной при этом трещины.

Фактическая прочность материалов на несколько порядков меньше значений теоретической прочности. Объяснение расхождения теоретической и реальной прочности материалов дает теория дефектов кристаллического строения, позволившая раскрыть сущность явлений, происходящих при пластической деформации, и установить физическую природу пластичности и прочности металлов и их сплавов.

Остаточные напряжения. Наклёп.

Наклеп на сегодня является широко известной операцией, которая доказала свою необходимость во многих сферах применения, основными принципами которых являются:

· Остаточные напряжения. Классификация

В процессе производства деталей возникают технологические остаточные напряжения. Их появление связано с условиями изготовления деталей.

Виды остаточных напряжений

Остаточные напряжения обычно классифицируют по признакам протяженности силового поля и по физической сущности. Общепринятой является классификация по протяженности силового поля.

Остаточные напряжения l-го рода в материале детали возникают в результате различных технологических факторов при ее изготовлении. Их величина определяется плотностью дислокаций, а знак зависит от характера расположения однородных дислокаций по отношению к поверхности детали. Сжимающие остаточные напряжения возникают в случае преобладающего расположения у поверхности множества положительных дислокаций на параллельных плоскостях скольжения, а в случае рас положения у поверхности отрицательных дислокаций возникают остаточные напряжения растяжения.

По представлению физики твердого тела, напряжения в металле или сплаве рассматриваются как следствие искажения кристаллической решетки. Физической моделью механизма образования технологических остаточных напряжений применительно к деталям, поверхностный слой которых деформирован в процессе механической обработки, в этом случае является атомная или дислокационная модель.

Технологические факторы (способы и режимы обработки поверхности, состояние инструмента, системы и степень охлаждения и др.) оказывают определяющее влияние на величину и знак остаточных напряжений. Обработка резанием (точение) поверхности заготовки детали обычно вызывает появление растягивающих напряжений величиной до 70 МПа. Глубина распространения их находится в пределах 50. 200 мкм и зависит от условий формообразования поверхности. При фрезеровании возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения. При шлифовании чаще всего возникают растягивающие напряжения.

Фазовые превращения (в процессе его кристаллизации и остывания, термической обработки и распада твёрдого раствора), сопряженные с увеличением или уменьшением объёма отдельных зерен, порождают значительные остаточные напряжения.

При изменении температуры микронапряжения могут возникать из-за наличия в металле различных компонентов с различными коэффициентами линейного расширения, а также из-за анизотропии свойств отдельных зерен, особенно для металлов с некубической решеткой, обусловливающей различие в величине линейного расширения по разным кристаллографическим осям.

Разделение объема зерна на блоки создает в зерне микронапряжения. Причиной возникновения их являются вновь образовавшиеся границы между блоками. В граничном слое между блоками накапливаются дислокации и атомы примесей, которые искажают кристаллическую решетку и порождают напряжения.

Отличие микро- и макронапряжений заключается не только в величине масштаба их проявления. Макронапряжения могут возникать в любой сплошной однородной изотропной среде. Микронапряжения в таком материале существовать не могут, они могут возникать вследствие существенной неоднородности кристаллического материала и его анизотропных свойств.

Возникновение искажений кристаллической решетки связано с отклонением атомов от положения равновесия, причиной которых являются главным образом дислокации и внедренные атомы. Распределение искажений, вызванных присутствием в решетке растворенных атомов, и различного рода несовершенств структуры при низких температурах остается постоянным.

Источник

Учебные материалы

Теоретическая прочность металлов, определяемая силами межатомной связи в кристаллической решетке, в сотни и тысячи раз превышает их техническую (реальную) прочность.

Сопротивление отрыву для железа, по данным различных авторов, теоретическое — 12000…100000 МПа, реальное – 300 МПа.

Теоретическая прочность соответствует идеальной бездефектной кристаллической решетке металла (рисунок 19). При определенном количестве дефектов металл имеет минимальную прочность (точка 1).

С уменьшением количества дефектов прочность возрастает. Прочность нитевидных бездислокационных кристаллов ”усов” приближается к теоретической. Они имеют почти идеальную поверхность без шероховатостей (не обнаруживается при увеличениях в десятки тысяч раз). Так, ”ус” железа толщиной 1 мкм имеет предел прочности порядка 1,35·10 4 МПа, т.е. почти теоретическую прочность, однако пока длина “уса” не превышает 15 мм и практическое применение их ограничено, например, армирование сапфировыми или графитовыми усами тугоплавких металлов.

С увеличением количества дефектов (правее точки 1) прочность металлов возрастает. Возникающие в различных плоскостях и направлений дислокации будут мешать друг другу перемещаться, что потребует приложения больших напряжений. Движение дислокаций могут тормозить различные препятствия: границы зерен в поликристаллах, границы блоков. Поэтому мелкозернистая сталь прочнее крупнозернистой. Широко известны способы упрочнения, ведущие к увеличению полезной плотности дислокаций, как механический наклеп, термическая обработка, легирование (внедрение в решетку чужеродных атомов, создающих всякого рода несовершенства и искажение кристаллической решетки), создание структур с так называемыми упрочняющими фазами, вызывающими дисперсионное твердение.

Если количество дефектов будет превышать значение соответствующее точке 2, то прочность резко падает, так как многочисленные дислокации, сливаясь друг с другом, образуют трещины.

Уважаемые студенты!
Специалисты нашего сайта готовы оказать помощь в учёбе по разным предметам:
✔ Решение задач
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Теоретическая и истинная прочность материала

Инженерная практика показала, что разрушение любых мате­риалов зависит от различных локальных повреждений или дефек­тов, имеющихся в образце или конструкции. Однако оставался открытым вопрос, насколько существенно снижается прочность из-за наличия в материале тех или иных дефектов.

На свойства строительных материалов, в том числе и на проч­ность, решающее влияние оказывает их строение. Под строением подразумевается взаимное сочетание и распределение кристалли­ческой, стекловидной (аморфной) и газовой (т. е. пор) фаз, их физико-химическая природа и количественное соотношение. Осо­бенности строения любого строительного материала оценивают его микро- и макроструктурой. Микроструктура устанавливает природу кристаллических фаз, характер их строения и сочетания со стекловидной фазой и порами. Макроструктура определяет объ­ем пор, их размеры, строение, форму, взаимное расположение в материале.

В большинстве случаев свойства неорганических материалов обусловливаются особенностью фазового состава и характером строения фаз. Под фазовым составом подразумевают природу и характер строения кристаллических фаз и их сочетание в количе­ственном соотношении со стекловидной фазой.

Для материалов органического происхождения фактором, опре­деляющим основные свойства, является наличие аморфной фазы и характер ее связей с кристаллическими и стекловидными фазами (наполнителями). Для плотных материалов свойства определяются в основном микроструктурой, а для пористых — макроструктурой.

Прочность реальных материалов следует сравнивать с тверды­ми телами, имеющими идеальную структуру, прочность которых может быть найдена расчетом (теоретическая прочность).

Теоретическая прочность представляет собой, то критическое на­пряжение, которое надо квазистатически (медленно) приложить к идеальному бездефектному материалу при достаточно низких тем­пературах, чтобы получить необратимую диссоциацию материала. Прочность твердых тел в конечном счете обусловлена силами взаи­модействия между атомами и ионами, составляющими тело. Твердые тела, как правило, имеют кристаллическое строение, в котором элементы — атомы, ионы, молекулы — расположены в уз­лах кристаллической решетки, образующей пространственную структуру правильной повторяющейся геометрической формы. Твердые тела не кристаллического строения (стекла, пластмассы и т. п.) имеют лишь ближний порядок. В зависимости от природы сил, удерживающих атомы, ионы и молекулы около центров рав­новесия, обычно рассматривают четыре типа кристаллических структур: атомные, молекулярные, ионные и металлические. В узлах ионных кристаллов размещаются противо­положно заряженные ионы, каждый из ко­торых находится в совершенно одинаковом отношении ко всем окружающим его ионам противоположного знака. Ионы взаимодей­ствуют между собой по закону Кулона. Притяжению разноименно заряженных час­тиц препятствуют силы отталкивания меж­ду одноименно заряженными электронными оболочками. Последние проявляются на малых расстояниях и очень быстро увеличи­ваются с уменьшением этого расстояния.

Атомная (валентная, обменная) связь характерна для силикат­ных материалов и большинства горных пород.

Металлическая структура характеризуется относительно малой связью внешних валентных электронов в атомах металлов с ядром. В жидком и твердом состоянии вещества атомы располагаются на­столько близко друг от друга, что валентные электроны приобрета­ют способность покидать свои атомы и свободно помещаться внутри решетки (обозначены точками на рис. 3.4). Связь в решетке возникает в результате взаимодействия положительных ио­нов с электронным газом. Электроны, находясь между ионами, стараются стянуть их, стремясь уравновесить силы отталкивания, действующими между положительно заряженными ионами.

С уменьшением расстояния между ионами увеличивается плот­ность электронного газа и, как следствие, возрастает сила притя­жения. С другой стороны, с уменьшением расстояния между поло­жительно заряженными ионами увеличиваются силы отталкива­ния, которые стремятся удалить ионы друг от друга. Решетка ста­новится устойчивой на таком расстоянии между ионами, когда силы притяжения и отталкивания уравновешиваются.

Металлическая связь имеет сходство с валентной связью. В основе этих связей лежит обобществление внешних валентных электро­нов, но при валентной связи участвуют пары электронов от пары ближайших соседних атомов, а в металлической связи участвуют все атомы кристалла, в то время как свободные электроны пере­мещаются не у своих атомов, а внутри всей решетки.

Наиболее общим видом связи, возникающей между любыми атомами и молекулами, являются силы Ван-дер-Ваальса. Они воз­никают между электрически нейтральными системами и система­ми, не обладающими электрическим моментом.

Различают три вида ван-дер-ваальсового взаимодействия между молекулами: ориентационное — в случае дипольной моле­кулы; индукционное — при возникновении наведенных электриче­ских моментов; дисперсионное — возникающее между нейтральны­ми молекулами при синхронном движении электронов и антипа­раллельной направленности спинов.

Разновидностью ориентационного ван-дер-ваальсового взаимо­действия является водородная связь, имеющая энергию связи больше, чем другие виды молекулярной связи.

Характер взаимодействия между молекулами при связях Ван-дер-Ваальса, в том числе и при водородных, соответствует рис. 3.4, хотя величина потенциальной ямы значительно меньше. Таким образом, характер кривых, представленных на этом графике, от­ражает характер взаимодействия между частицами твердого тела при всех видах связи.

Все приведенные выше рассуждения относились к идеальным материалам. Реальные же композиционные материалы имеют раз­личного рода дефекты, связанные с дефектами кристаллической решетки и микротрещинами Гриффитса.

Дефекты в кристаллах подразделяются на точечные (нульмер­ные), одномерные и двумерные.

Различают точечные дефекты: энергетические, электронные н атомные. Энергетические дефекты (фононы) — временные искаже­ния регулярности решетки кристалла, вызванные тепловым движе­нием или воздействием различных радиации — светового, рентге­новского и других излучений. К электронным дефектам относятся избыточные электроны, недостаток электронов (незаполненные ва­лентные связи в кристалле — дырки) и парные дефекты (экситоны), состоящие из электрона и дырки, связанные между собой кулоновскими силами. На рис. 3.5 показаны три вида атомных дефектов. Они проявляются в виде вакантных узлов (дефекты Шоттки) (рис. 3.5 а),в виде смещения атома из узла в междоузлие (дефекты Френкеля) (рис. 3.5 б), в виде внедрения в решетку чужеродного атома или иона (рис. 3.5 в).

Рис. 3.5. Атомные дефекты кристаллической решетки

Рис. 3.6. Схемы дислокаций:

а — кристалл идеальной структуры; б — то же, с краевой дислокацией; в — то же, с вин­товой дислокацией

К одномерным (линейным) дефектам относятся дислокации. Простейшими случаями дислокаций являются краевая и винтовая. На рис. 3.6аизображено строение идеального кристалла в виде семейства параллельных друг другу атомных плоскостей. Если од­на из них обрывается внутри кристалла, то место ее обрыва образу­ет краевую дислокацию. Искажение решетки, максимальное вблизи дислокации, быстро рассасывается по мере удаления от нее (рис. 3.6б).В случае винтовой дислокации нет отрыва внутри кристалла какой-нибудь из атомных плоскостей, но сами атомные плоскости представляют собой систему, подобную винтовой лестнице. По су­ществу, это одна атомная плоскость, закрученная по винтовой ли­нии. Винтовая дислокация может быть представлена в виде дезори­ентации блоков (рис. 3.6в).Участок, примыкающий к оси дислока­ции, представлен в виде двух блоков, один из которых как бы соскользнул на один период по отношению к соседнему блоку. Как и в случае краевой дислокации, наибольшие искажения решетки находятся вблизи оси дислокации. Область наибольших искаже­ний решетки называется ядром дислокации. Любая конкретная дислокация может быть представлена как сочетание краевой и винтовой дислокаций.

К двумерным (плоскостным) дефектам относятся границы между зернами кристаллов, ряды линейных дислокаций. Сама поверх­ность кристалла может рассматриваться как двумерный дефект.

В реальном кристалле дислокации возникают в процессе его роста из раствора или расплава. Изучение структуры реальных кристаллов показывает, что их внутреннее строение отличается от строения идеальных кристаллов. Реальные кристаллы состоят из блоков правильного строения, расположенных лишь приблизитель­но параллельно друг другу. Принято говорить, что реальные крис­таллы имеют мозаичную структуру. Размеры блоков колеблются от 10

6 см. На рис. 3.8 показаны два блока, растущих на­встречу друг другу и развернутых по отношению друг к другу на угол ф. При срастании кристаллическая решетка в плоскости сопри­косновения будет иметь различную ориентацию. Следовательно, возникнет переходный слой, в котором решетка с ориентацией од­ного блока переходит к ориентации другого блока.

В настоящее время принято считать, что под действием внешних сил в процессе сдвигообразования дислокации генерируются. С дру­гой стороны, известно, что по мере развития пластической деформа­ции и роста количества дефектов кристалл упрочняется. Сущность этого упрочнения состоит во взаимодействии дислокаций друг с другом и с другими дефектами решетки, приводящем к затрудне­нию перемещения их в решетке кристалла. Дислокация, вызывая упругое искажение решетки, создает вокруг себя силовое поле, ха­рактеризующееся в каждой точке определенными касательными и нормальными напряжениями. При попадании в него другой дисло­кации возникают силы, стремящиеся или сблизить, или оттолкнуть дислокации друг от друга. Если дислокации расположены в одной плоскости, то одноименные дислокации отталкиваются, разноимен­ные— притягиваются друг к другу. По мере накопления дислока­ций в данной плоскости скольжения увеличивается сопротивление сдвигу и кристалл упрочняется.

На рис. 3.7б показано влияние количе­ства дефектов на прочность кристалла. Точка ρ₁ соответствует такой плотности дис­локаций, при которой сопротивление крис­таллов деформациям минимально. Увеличе­ние числа дефектов вызывает повышение прочности вследствие увеличения сопротив­ления перемещению дислокаций.

Явления упрочнения при холодном де­формировании (наклеп), при введении при­месных атомов (легирование), искусствен­ное формирование в сплавах обособленных включений (закалка) находят широкое практическое применение.

Методы упроч­нения (наклеп, легирование, термообработка) соответствуют правой пологой ветви кривой (рис. 3.7б). Методы упрочнения, соответствую­щие левой ветви, приводят к получению бездефектных кристаллов. Уже сейчас полу­чены тонкие нитевидные кристаллы со структурой, приближающейся к идеальной. Так, у нитевидных крис­таллов железа предел прочности равен 13 360 МПа (в обычном со­стоянии около 300 МПа), у меди — 3020 (260 МПа), у цинка — 2250 МПа (180 МПа). Упругая деформация нитевидных кристал­лов достигает нескольких процентов, в то время как у обычных не превышает сотых долей процента.

Истинная прочность реальных материалов на 3…4 порядка ниже теоретической.

Наличием различных дефектов кристаллической решетки, как показано выше, нельзя объяснить столь большую разницу в теоретической и реальной прочности.

Ученый Гриффитс показал, что разница между теоретической и действи­тельной прочностью твердых тел является следствием содержания в них мелких трещин, у которых происходит сильная концентрация напряжений. Основная идея, использованная Гриффитсом, заключа­ется в том, что под действием приложенного растягивающего напряжения на краях микро­трещин возникает локальное перенапряжение *, которое во много раз превосхо­дит среднее напряжение, рассчитанное на все сечение образца. Если перенапряжение у вершины наиболее опасной трещины достига­ет теоретической прочности _т, то происходит катастрофическое (со скоростью, близкой к скорости звука) разрастание трещины и обра­зец разделяется на части. Приложенное сред­нее напряжение в этот момент соответствует критическому напряжению _к. При напря­жениях меньше теоретической прочности тре­щина не растет и материал не разрушается. Коэффициент концентрации напряжений в вершине микротрещины равен β = */ . Он за­висит от формы, размеров, ориентации микротрещины по отноше­нию к направлению растяжения. Поэтому критическое напряжение не является константой материала. Разные образцы имеют разные по размерам наиболее опасные микротрещины.

Рис. 3.7. Схема прохождения линейной дислокации через препятствие – а) и зависимость сопротивления деформированию от числа дефектов в единице объема – б)

Таким образом, по современным воззрениям существуют два ме­ханизма разрушения. На первой стадии трещины обусловливаются термофлуктуацией, на второй — рост трещины определяется в основ­ном упругими свойствами твердого тела и запасом энергии в нем.

Дальнейшее развитие теории Гриффитса шло в направлении уточнения факторов, вызывающих образование и развитие микро­трещин, как основной причины, объясняющей начало разрушения реальных материалов.

Большинство строительных материалов в процессе изготовле­ния подвергаются термической обработке. Разница в коэффициен­тах термического расширения может являться также причиной об­разования поверхностных трещин. И опять-таки речь идет не о технологических термических трещинах, возникающих, допустим, между зернами шамота и глины, а о трещинах в самом шамоте или глине, как материалах, имеющих многофазовое строение.

Источник