ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Заключение по первой части из "Кинетическая природа прочности твердых тел" Изложенные в данной части монографии экспериментальные результаты феноменологического изучения разрушения твердых тел указывают на единообразный характер связи между долговечностью тел т, напряжением а и температурой Т, имеюш,ен вид фактора Больцмана. [c.139] На начальной стадии изучения, когда диапазоны измеряемой долговечности были невелики, легко было особенно учитывая разброс значений долговечности) сбиться на путь подыскания различных эмпирических корреляций между т, о, Т для отдельных сравнительно узких диапазонов изменения этих величин, например, т а или т (Тп Т) , где п, т, Тп — эмпирические величины, и т. п. Очевидно, что исходя из таких соотношений, хотя и удобных иногда для практики, невозможно было бы прийти к общей физической картине разрущения. Выдвинутая вначале как рабочая гипотеза зависимость типа т ехр((/(а)/ 7 ) была в дальнейшем -надежно установлена путем многочисленных опытов и расширения диапазона измеряемых величин. Анализ долговечности в форме именно такой зависимости и привел к выводу о кинетической, термофлуктуационной природе разрущения твердых тел. [c.139] Этим важным заключением область феноменологического изучения разрущения себя еще далеко не исчерпала. Можно назвать ряд задач, которые целесообразно решать в дальнейшем путем феноменологических исследований. [c.139] Для развития кинетических представлений о разрушении полезно дальнейшее расширение круга изучаемых твердых тел с различными энергиями связи атомов в них и в различных состояниях. Большой интерес представляет и расширение диапазона экспериментальных условий испытаний с распространением в область малых напряжений (большие долговечности) и больших напряжений (малые долговечности), в область как высоких, так и низких температур. Пока таких данных немного, а их дальнейшее появление может существенно обогатить представления о разрушении тел. [c.139] Много интересного можно ждать от изучения временной зависимости прочности тел с предельными типами структуры близких к идеальному кристаллическому строению или же максимально искаженных (типа переохлажденной жидкости). [c.139] Подобные сопоставительные исследования уже начались [102, 157—160, 181, 233], результаты сразу же оказались интересными (см. ниже), но таких работ пока слишком мало. [c.140] Необходимо также дальнейшее развитие феноменологических исследований при различных видах напряженного состояния, на объектах разных размеров (масштабный фактор [116, 239]), в разных средах, при разных состояниях поверхности тел, и т. д. и т. п. (см. гл. VI). [c.140] Обладая очевидной собственной значимостью, феноменологические исследования в то же время выступают в качестве предварительной ступени изучения перед применением различных микроскопических методов, способных давать прямую и детальную информацию о внутренних процессах в объектах. Так, на основе исследований долговечности твердых тел получены сведения о специфике межатомных связей, определяю-Ш.ИХ прочность тел (значения и поведение и ), о наличии на них высоких перенапряжений (по коэффициенту у), о термофлуктуационном механизме распада напряженных связей (по общему виду формулы для т). [c.140] Эти данные, носящие в известной мере гипотетический характер, требуют подтверждения прямыми методами. И только прямые методы могут обеспечить детализацию процесса разрушения твердых тел. [c.140] Описание исследований кинетики разрушения прямыми физическими методами, которые были инициированы результатами предварительных феноменологических опытов, описанных в этой части, и составляет содержание следующей части. [c.140] Введение. Изложенные в первой части экспериментальные данные были получены в опытах феноменологического типа, когда измерялась взаимосвязь внешних, макроскопических характеристик долговечности, напряжения, температуры. Эти эксперименты, в общем, достаточно просты и сравнительно легко проводятся на твердых телах, самых разных по свойствам и характеристикам. [c.141] Дальнейшее углубление исследований в области разрушения осуществляется путем использования нефеноменологических, прямых методов. Речь идет о таких методах, которые способны давать достаточно прямую информацию и о состоянии межатомных связей в нагруженном теле, и о распаде этих связей, и о зарождении разрывов сплошности, и о переходе их в более крупные трещины, и т. д. Ясно, что располагая результатами применения прямых методов и сопоставляя их с феноменологическими данными, можно будет строить значительно более детальную и однозначную картину разрушения. [c.141] Следует отметить, что если феноменологические исследования разрушения твердых тел (и кинетические и особенно — некинетические) велись достаточно давно (как в силу их простоты и доступности, так и вследствие их необходимости для пра].тики), то изучение разрушения как атомно-молекулярного явления прямыми физическими и физико-химическими методами фактически только начинается. [c.141] В настоящее время для изучения разрушения используются инфракрасная спектроскопия, электронный парамагнитный резонанс, масс-спектрометрия, хроматография, ядерный магнитный резонанс, рентгеновская дифракция в малых и больших углах, дифракция видимого света, электронная микроскопия, оптическая и электронно-микроскопическая фрактография, фотолиз и др. [c.141] Названные здесь методы являются основными из существующих для решения поставленных вопросов о состоянии и поведении межатомных связей, о разрывах связей и сопутствующих им явлениях, о появлении зародышевых трещин за счет группирования разрывов и т. д. [c.141] Однако обращение к прямым методам, да еще и с задачами комплексного их применения (для выяснения разносторонних и последовательных стадий в кинетике разрущения), сразу же потребовало принять во внимание ту специфику, которая сильно отличает прямые методы от феноменологических. Дело в том, что прямые методы обладают несравненно большей избирательностью (какое-либо вещество, оказавшееся удобным для изучения одним прямым методом, может оказаться практически непригодным для исследования другими методами). Поэтому, если при феноменологическом изучении разрушения опыты проводились на самых различных веществах и металлах, и кристаллах, и полимерах, и стеклах и т. д., то задачи развития исследований прямыми методами потребовали (по крайней мере в начальный период) выбора достаточно удобного (т. е. пригодного для комплексного прямого изучения) объекта. [c.142] Исходя из критерия простоты структурных условий осуществления элементарных актов разрушения, следовало бы избрать систему, которая в смысле расположения и взаимосвязи атомов носила бы одномерный характер. В пределе такой системой могла бы явиться распрямленная цепочка из атомов (рис. 57,а), где каждый атом был бы связан лишь с двумя соседними. Такая цепочка— одномерный кристалл — была бы удобна для растяжения вдоль своей оси, изучения возникающих при этом напряжений на связях и разрывов связей. Разумеется, в качестве реального образца подобная одиночная цепочка выступать не может но совокупность таких распрямленных цепочек, уложенных более или менее параллельно друг другу и сцепленных некоторыми несильными связями, могла бы образовать объект макроскопической величины, который сохранил бы модельные преимущества одиночной цепочки (рис. 57,6). [c.142] Для таких тел одноосное растяжение вдоль оси их ориентации является наиболее простым и удобным случаем нагружения. [c.143] Таким образом, ориентированные полимеры (в виде стержней, брусков, волокон пленок и т. п.) имеют все основания в силу своей молекулярной одномерности быгь избранными в качестве модельных объектов для исследования процесса разрушения, начиная с самого тонкого — атомно-молекулярного уровня. [c.143] Добавим, что взаимодействие между атомами, принадлежащими соседним цепным молекулам, слабо по сравнению с внутримолекулярными взаимодействиями. Поэтому, хотя на достаточной длине и набирается значительная общая сила сцепления между молекулами (которая и обеспечивает целостность полимерного тела и возможность нагружения молекул внешним усилием), но в областях с размерами в несколько длин межатомных связей молекулы вполне сохраняют свою одномерную индивидуальность, что и позволяет рассматривать здесь в модельных условиях разрывы межатомных связей. Кроме того, отмеченная специс )ика весьма способствует тому, что после разрыва напряженной цепной молекулы рекомбинация распавшейся межатомной связи затрудняется, поскольку снятие напряжения на частях разорванной молекулы приводит к их сокращению, а следовательно, к удалению друг от друга рассоединенных концевых атомов. Это обстоятельство весьма существенно при решении экспериментальной задачи регистрации разрывов молекул, так как обеспечивает определенную устойчивость первичных разрывов. [c.143] Вернуться к основной статье