ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Хрупкое и нехрупкое состояния полимеров ф Предельные состояния полимера Классификация механизмов разрушения полимеров из "Физика и механика полимеров" К настоящему времени отчетливо определились три подхода к проблеме прочности материалов и изделий из них механический, термодинамический и кинетический. [c.283] Механический подход как основа различных инженерных теорий, применяемых для расчета прочности образцов различных форм, различных деталей машин и изделий, находящихся в сложнонапряженном состоянии, характеризуется тем, что разрушение рассматривается как результат потери устойчивости образцов или изделий, находящихся в поле внешних и внутренних напряжений [11.2—11.5]. Считается, что для каждого материала имеется определенное предельное напряжение (или комбинация компонентов тензора напряжения), при котором изделие теряет устойчивость и разрывается. Это напряжение принимается за критерий прочности материала или изделия. [c.283] Таким образом, при чисто механическом подходе на основе понятий механики сплошных сред или с учетом молекулярного строения твердых тел описание прочностных свойств сводится к оперированию понятиями предела прочности, предельных состояний и к системе расчетов потери устойчивости изделий из тех или иных материалов. Основная задача механики разрушения — определить те предельные критические условия, при которых наступает разрушение. Соответствующие теории называют теориями предельных состояний. К ним относятся теории максимального нормального напряжения, максимального удлинения, предельного значения упругой энергии и другие, более сложные. В этих теориях разрушение рассматривается как критическое событие при достижении предельного состояния (предельной поверхности разрушения), которое описывается в общем случае комбинацией компонентов тензора деформаций и тензора напряжений. [c.284] Предельные состояния обычно изображаются с помощью некоторых поверхностей в пространстве главных напряжений. При монотонном изменении свойств полимера под действием внешнега воздействия происходит соответствующее мбнотонное изменение предельных поверхностей. Для получения обобщенного критерия предельного состояния чаще всего используют двойственную модель твердого деформируемого тела [11.8] с целью аналитического расчета свойств хрупкости и вынужденной эластичности проявляющихся при деформировании реальных твердых полимеров. В двойственной модели деформация представляется в виде суммы двух составляющих, обусловленных хрупкими и пластическими свойствами полимера. Таким образом, вводятся два параллельных реологических элемента, описывающих отдельно хрупкие и пластические свойства полимера. Иногда в реологическую модель включают элемент разрушения для того, чтобы связать процесс деформирования с процессом разрыва связей, что особенно существенно для полимеров. [c.285] При рассмотрении модели, состоящей из двух реологических элементов, занимающих определенную часть в сечении 5 образца, на долю каждой из них приходится определенная площадь 5хр — для хрупкого и 5вяз — для вязкого элемента (5 = 5 р + + 5вяз)- Вводится параметр qк= вяз S, характеризующий соотношение между хрупкими и пластическими свойствами полимера. [c.285] Согласно одной из моделей (энергетической), образование микротрещины в объеме и на поверхности полимера наступает в том случае, когда часть внутренней энергии, обусловленная упругими деформациями, достигает некоторого критического значения, а течение полимера начинается при достижений внутренней энергии, обусловленной вынужденноэластической деформацией,, некоторого критического значения. В рассматриваемой модели постулируется, что сумма этих двух составляющих внутренней энергии является постоянной материала. [c.285] Для случая, когда Ст1 является наибольшим главным напряжением (ст1 02 аз), линии пересечения предельных поверхностей с координатной плотностью главных напряжений сгь 02, построенные для различных значений параметра 7к, приведены на рис. [c.285] НЫХ поверхностей, вообще говоря не совпадающий с приведенным на рис. 11.2. [c.286] Предельные поверхности разрущения зависят от времени действия напряжений, температуры и других немеханических факторов (окружающая среда, облучение, структурные переходы и т. д.). Такие зависимости особенно характерны для полимеров, и, поэтому исследование физики и физико-химии разрушения составляет для полимеров специфическую задачу. [c.286] Кроме подхода с точки зрения механики процесса разрушения (механического) существуют два физических подхода к теории прочности термодинамический и кинетический. Последние позволяют понять природу процессов разрушения полимеров и объяснить их механизмы, учитывая законы термодинамики и структуру материала. [c.287] Термодинамический подход [5 6 11.9] связан с тем, что в процессе разрыва происходит рассеяние упругой энергии и переход ее в теплоту. Учет таких механических потерь, как будет показано ниже, базируется на первом начале термодинамики. Этот подход важен для полимеров, так как полимеры характеризуются механическими потерями при деформациях. [c.287] Условием разрушения в термодинамическом подходе является достижение того критического (предельного) напряжения, при котором упругая энергия образца может обеспечить энергетические затраты на образование поверхностей разрушения и на механические потери при разрушении. [c.287] Некоторыми исследователями [11.9] термодинамический подход к разрушению осуществляется формально без выяснения природы механических потерь. Процесс разрушения рассматривается на основе реологических моделей Кельвина, Максвелла и др. причем критерием разрушения является достижение упругой энергией (в общем случае внутренней энергией) некоторого предельного значения, что сближает механический подход, рассмотренный выше, с термодинамическим подходом. [c.287] Кинетический подход, основателем которого является акад. С. Н. Журков [11.10 61], отличается тем, что основное внимание обращается на атомно-молекулярный процесс разрушения и разрыв тела рассматривается как конечный результат постепенного развития и накопления микроразрушений или как процесс развития микротрещины на молекулярном уровне. Основным фактором в этом подходе является тепловое движение в полимерах. Выяснение природы этого термофлуктуационного процесса разрушения, зависимости скорости процесса и долговечности от температуры, напряжения и других факторов является основой современной физической теории прочности и базой для дальнейшего развития теорий предельного состояния в механике разрушения. Эти подходы будут в дальнейшем рассмотрены подробней. [c.287] Атермический и термофлуктуационный механизмы разрушения, характерные как для кристаллических, так и для некристаллических полимеров, реализуются в областях /, II III и частично IV (рис. 11.4). [c.290] Вернуться к основной статье