Классическая и неклассическая схемыразрушения



 

Цель исследований в механике разрушения — создание теории про- цессов деформации и разрушения твёрдых тел с учётом дефектности структу- ры и воздействия рабочей среды. При этом важно установить физически обоснованные критерии оценки прочности материала в конструкции с учё- том наличия в ней дефектов типа трещин, а также выявить пути формирова- ния материалов и конструкций высокой прочности идолговечности.

 

Рис. 1.6. Классический (а) и неклассический (б) подходы оценки прочности материалов

 

Сформировавшийся в начале 20-го века классический подход для оценки прочности материалов и конструкций исходит из того, что расчётной моделью реального твёрдого тела служит сплошная среда с заданными реоло- гическими свойствами, а элемент деформируемого тела находится в одном из таких состояний (рис. 1.6, а): сплошном (С — состояние) или разрушенном (Р —состояние).ПереходэлементаматериалаизсостоянияСвсостояниеР

— процесс разрушения — осуществляется мгновенно, если только напряжён- но-деформированное состояние, вычисленное в рамках принятой реологиче- ской модели, достигает некоторого критического значения (например, если


растягивающие напряжения в данной точке деформируемого твёрдого тела достигают предела прочности).

Такой классический подход к материалам, находящимся в хрупком состоянии и в структуре которых имеются остроконечные дефекты типа трещин, не позволяет решить задачу об их прочности, поскольку в нём не учитывается особое напряженно-деформированное состояние материалаоколо вершины остроконечного дефекта-трещины в процессе деформациитела.

Основная идея неклассического подхода (механики разрушения мате- риалов) сводится к следующему (рис. 1.6, б). Считается, что переход элемен- та деформируемого тела из состояния С в состояние Р сопровождается проме- жуточным состоянием П, которое следует обязательно учитывать при реше- нии задачи о прочности тела с дефектами типа трещин. Особенность области предразрушения заключается в том, что материал в ней всегда деформирован за предел упругости и что именно в ней происходит наиболее интенсивное пластическое течение, взаимодействие с окружающей средой, диффузионные процессы, повреждаемость материала и другие явления, предопределяющиев


конечном счёте локальное разрушение материала, т. е. C®П ®Р


переход.


Таким образом, неклассическая схема разрушения предусматривает учёт состояний П около остроконечных дефектов в деформируемом теле (в первую очередь типа трещин) — концентраторов напряжений, радиус закруг- ления которых соизмерим с характерным линейным размером структурного элемента материала. Следовательно, при оценке прочности твёрдого тела не- обходимо учитывать его локальные физико-механические свойства, напри- мер, способность оказывать сопротивление распространению в нём трещины

— его трещиностойкость. Учёт состояний П материала в рамках механики сплошных сред требует введения новых расчётных моделей и концепций. По- скольку основными характеристиками, контролирующими поведение мате- риала в вершине трещины, являются напряжения, деформации и энергия, то все критерии механики разрушения, аналогично классическим теориям проч- ности, делятся на энергетические, силовые идеформационные.


Силовой подход в механикеразрушения

Для суждения о прочности тела недостаточно располагать решением теории упругости или пластичности о концентрации напряжений около над- резов или трещин. Необходимы ещё так называемые критерии прочности, которые устанавливают момент исчерпания несущей способности материала в точке или же, в других трактовках, всего тела в целом. Формулировка этих критериев такова, что соответствующие, соотношения обязательно содержат некоторые постоянные материала, определяемые экспериментально. К этим постоянным прежде всего относятся такие известные механические характе- ристики материала, как предел текучести, прочности, истинное сопротивле- ние разрыву и т. п., методика определения которых на гладких образцах стандартизована.

Процесс разрушения складывается из двух стадий — зарождения тре- щины и её распространения, причём каждая из этих стадий подчиняется сво- им законам. Естественно, что среди критериев прочности есть такие, которые описывают как условия зарождения трещины, так и условия распространения трещины. Первые из них фактически есть условия наступления опасного со- стояния в точке в рассматриваемый момент (классические теории прочно- сти). Вторые исходят из наличия в теле трещины (их мы и будем рассматри- ватьдалее).

Критерий начала распространения трещины (иногда называемый кри- терием разрушения), составляющий основу механики разрушения, не следует из уравнений равновесия и движения механики сплошной среды. Он является дополнительным (по отношению к уравнениям теории упругости) краевым условием при решении вопроса о предельном равновесии тела стрещиной.

Предельное состояние равновесия считается достигнутым, если трещи- ноподобный разрез получил возможность распространяться. При этом разрез становится трещиной. Из последнего определения видно, что трещина — это есть тонкий разрез (щель), который способен распространяться (увеличивая


свою поверхность) в объёме тела под действием внешних воздействий. Роль внешних воздействий, которые могут зависеть от времени, играют механиче- ские усилия, температурные напряжения, коррозионное и поверхностно- активное воздействие окружающей среды, изменение свойств материала.

Критерии начала распространения трещины могут быть получены как на основе энергетических соображений, так и силовых. Исторически сложи- лось так, что сначала А.А. Гриффитсом в 1920 г. был предложен энергетиче- ский критерий разрушения, а силовой критерий был сформулирован Дж.Р. Ирвином лишь в 1957 г.6Дж.Р. Ирвин также показал эквивалентность этих двух критериев. Последовательная реализация силового подхода приве- ла к созданию достаточно строгой и завершённой теории линейной механики разрушения, являющейся хорошей основой для анализа хрупких разрушений материалов и инженерныхконструкций.

 


Литература

1. БроекД.Основымеханикиразрушения.–М.:Высшаяшкола,1980.–368с.

2. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твёрдых тел. – М.: Металлургия, 1971. – 264с.

3. КачановЛ.М.Основымеханикиразрушения.–М.:Наука,1974.–312с.

4. Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин. – М.: Нау- ка, 1984. – 255с.

5. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами.–

Киев: Наукова думка, 1968. – 246 с.

6. Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. – М.: Наука, 1990, 240с.

7. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разру- шения. – М.: Наука, 1985,504с.

8. Разрушение (под ред. Г. Либовица), т. I—VII. – М.: Мир,1973–1977.

9. Слепян Л.И. Механика трещин. – Л.: Судостроение, 1981. – 295с.

10. Хеллан К. Введение в механику разрушения. – М.: Мир, 1988.–

364 с.

11. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкцион- ных материалов. – М.: Металлургия, 1989. – 576с.

12. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. – М.: Наука, 1974.–

640 с.


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1071; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!