ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Зависимость долговечности от температуры из "Кинетическая природа прочности твердых тел" Изучение зависимости механической долговечности от температуры является особенно важным для развития кинетической концепции разрушения твердых тел. Анализ данных о влиянии температуры на долговечность, как будет показано ниже, позволяет понять механизм процессов, определяющих прочность, на атомном уровне и вскрыть физическую природу разрушения твердых тел. [c.55] Было обнаружено, что линейная зависимость 1дт от а оправдывается не только при комнатной (см. предыдущий параграф), но и при других температурах. С изменением температуры меняется лишь наклон прямой. [c.56] Типичным примером влияния температуры на долговечность могут служить данные для трех существенно различных твердых тел алюминия (поликристаллический металл), капрона (ориентированный полимер) и каменной соли (ионный монокристалл). [c.56] Для алюминия результаты измерения долговечности представлены графически на рис. 21, а [114], для капрона — на рис. 21,6 [169], для каменной соли — на рис. 21, в [160]. [c.56] Отмечая однотипность рисунков 21, а, б, в для металла, полимера и ионного кристалла, можно видеть, что с понижением температуры крутизна прямых Igt(о) закономерно нарастает и при достаточно низкой температуре стремится к вертикальной прямой (например, см. рис. 2,6). Зависимость Igt от о в низкотемпературной области становится весьма резкой. Небольшое изменение о приводит к огромному изменению долговечности. [c.56] Многочисленные случаи подобного влияния температуры на долговечность различных материалов будут показаны ниже при рассмотрении раздельно материалов по типам. [c.56] как предел прочности . Действительно, при достаточно низких температурах (а эта область для каждого типа твердых тел своя) зависимость Igt (о) становится столь крутой, что создается иллюзия порогового характера разрушения тел небольшое уменьшение напряжения — и долговечность уходит в область астрономических значений (тело выглядит неразрушаю-щимся) небольшое увеличение напряжения — и долговечность становится ничтожно малой, создается впёчатление мгновенности разрушения. Поскольку учение о прочности закладывалось в основном на опытах со строительными материалами, а из них ранее основными были камень, твердая древесина, металлы — вещества, для которых комнатная температура являлась достаточно низкой, то понятие о пределе прочности удовлетворительно характеризовало сопротивление разрушению этих тел. Расширение же температурных условий механических испытаний тел, а также и диапазона измерения долговечности, привело к тому, что существование предела прочности , как физической характеристики тел, стало отрицаться. [c.57] По данным рис. 21 (ниже это будет подтверждено и многими другими данными) выявляется существенная особенность вида температурно-силовой зависимости долговечности а именно, веерообразность семейства прямых, соответствующих различным температурам испытаний, когда эти прямые при экстраполяции пересекаются в одной точке — полюсе. Эта особенность оказалась весьма важной при выяснении физической природы механического разрушения. [c.57] Здесь только отметим то интересное (и как будет ясно из дальнейшего, весьма важное) обстоятельство, что полюсы для всех трех представленных материалов (а также для всех описанных ниже) лежат при практически одном и том же значении долговечности 10 сек. [c.57] Измерения долговечности при разных температурах позволяют определить температурные зависимости долговечности твердых тел при фиксированных разрывных напряжениях а. Для этого измеренные значения Igt наносились на график в зависимости от обратной абсолютной температуры 1/Т (рис. 22). Выбор аргументом величины 1/Т, как будет ясно из дальнейшего, следует из представления о термофлуктуационном механизме разрушения, который лежит в основе кинетической теории прочности. [c.57] Как видно из рис. 22, зависимость Igt от 1/Т при разных а с достаточной точностью оказывается линейной. При этом прямые, отвечающие различным значениям о, образуют температурный веер , с полюсом, лежащим на оси ординат, что весьма существенно. Обозначим величину долговечности в полюсе через То. [c.57] Поскольку метод сечений силовых зависимостей долговечности при ряде значений а дает, как видно из рис. 22, в координатах lgт— /Т сравнительно мало точек, а зависимость lgт(l/Г) достаточно важна, то были поставлены специальные опыты, где для большой серии образцов фиксировались значения напряжения, а температура испытаний пробегала много значений [116]. Результаты подобных опытов для поликристал-лического металла — никеля представлены на рис. 23. Видно, что зависимости lgт(l/7 ) аналогичны зависимостям на рис. 22. [c.58] Данные, приведенные на рис. 21 и 22, позволяют определить величины То и II(а), входящие в формулу (2). [c.59] Величину и (а) будем называть в дальнейшем энергией активации процесса разрушения. Физический смысл понятия энергии активации при механическом разрушении твердых тел будет подробно обсуждаться в гл. III, IV, VI, VII. [c.60] В табл. 2 приведены значения U a) для капрона, алюминия и каменной соли. Величина U(o), как видно, составляет несколько десятков ккал/моль, причем с увеличением растягиваю-ш,его напряжения U (о) уменьшается. [c.60] В этом выражении i/o — получаемое путем экстраполяции значение и (а) при 0 = 0 (см. рисунок), а у — коэффициент, определяемый из наклона графика U(a). [c.60] Вернуться к основной статье