Перенапряжение в вершинах трещин

Полимеры в высокоэластическом состоянии к моменту разрушения достигают значительной деформации. Это оказывает сильное влияние на механизм разрыва. На рис. 13.4 показано схематически, как в эластомере первоначальная трещина с острой вершиной затем при деформации постепенно расширяется (раскрывается), но не растет (рис. 13.4,6). Причина этого в низком модуле эластомера по сравнению с модулем хрупкого полимера при достаточно большой деформации, когда хрупкий полимер мог бы уже разрушиться, в эластомере накопленная механическая энергия еще невелика. Перенапряжение в вершине трещины обусловливает возникновение там дополнительной деформации. Перенапряжения при [c.198]

Изменение скорости деформации или температуры влияет заметным образом не только на напряжение, при котором происходит разрушение, но и на деформацию (рис. 13.5). Из рис. 13.5 видно, что с ростом скорости растяжения (или при понижении температуры) темп нарастания прочности резко замедляется из-за снижения способности эластомера к развитию больших деформаций, т. е, из-за снижения способности к ориентации. При достижении скорости деформации более 1000% в секунду прочность даже понижается вследствие неспособности полимера к ориентации и релаксации перенапряжений в вершине трещины. [c.199]

В соответствии с теорией Гриффита рост трещин в полимере начинается тогда, когда напряжение достигнет критического значения. Наличие перенапряжений в вершине трещины принципиально картины не меняет. Опыт показывает, что для разрушения не всегда необходимо достигнуть критического значения напряжения. Доска, перекинутая через ручей, может долго служить в качестве мостков, но в какой-то момент разрушится, хотя нагрузка в этот момент не превышала обычную паровой котел, работающий под давлением, может работать годами и наконец лопнуть, хотя давле-ние в нем не превысит регламентированного техническими условиями. Мы делаем вывод, что материал, в частности полимерный, можно охарактеризовать не только прочностью в МПа, но и долговечностью— временем, в течение которого он не разрушается под действием заданного напряжения. [c.201]

С изменением температуры изменяются не только средние расстояния между частицами, но и взаимное расположение частиц, или структура материала в вершине трещины. Следовательно, должна изменяться и энергия активации, а также критическое перенапряжение в вершине трещины. [c.51]

Теоретическая прочность примерно равна критическому перенапряжению в вершине трещины (см. стр. 24). Поэтому в приведенных ниже расчетах П. заменяется на [c.143]

Пусть Н—длина макромолекул, расположенных вдоль оси растяжения, к—толщина слоя полимера, сравнимая с размерами микрообласти перенапряжения в вершине трещины. Концы некоторых макромолекул попадают в слой к и не участвуют в разрыве образца. Вероятность того, что конец макромолекулы попадает в зазор /г, равна кШ. Число цепей, пересекающих зазор, равно 5()Л/(1—Л/Я), где N—число макромолекул, приходящихся на единицу площади поперечного сечения образца, которая равна 8 . [c.152]

Отсюда следует, что для капроновых волокон вероятная толщина слоя /г<80 А. Полученное значение Л является вполне разумной величиной, соответствующей линейным размерам области перенапряжения в вершине трещины. [c.153]

Оценим величину напряжений в резине из НК при деформации 5—10% (з, ) и при деформации 200%, при которой -г больше, чем при г, . Для того чтобы напряжение при деформации 5—10% могло стать равным номинальному напряжению в резине, растянутой до 200%, коэффициент концентрации напряжений, 3 при з должен быть равен 20—40. Таких значений р обычно не достигает . В действительности же этот коэффициент должен быть еще значительно больше, так как при растяжении 200% также имеется перенапряжение в вершинах трещин и, кроме того, скорость роста трещин при 200% значительно меньше, чем при е . Далее, если бы положение зависело только от количества трещин, то должна была бы при введении активных наполнителей сдвинуться в сторону меньшей деформации, так как в наполненных резинах при всех деформациях образуется больше трещин и, следовательно, их количество, соответствующее е , должно достигаться в наполненной резине при меньшей деформации, чем у ненаполненной. На самом деле, как будет видно из дальнейшего, при введе- [c.320]

Положение области критической деформации определяется двумя величинами 1) степенью увеличения напряжения в целом и перенапряжений в вершинах трещин с ростом деформации и [c.322]

На рис. .25 показан разрыв, снятый в поляризованном свете без алюминиевых полосок. Распространение света и тени здесь симметрично. Видно очень четко пятно перед фронтом разрыва, которое вызвано перенапряжением в вершине трещины. Хорошо видны также бегущие упругие волны в виде черных кривых. Изображения на рис. .25 позволяют количественно оценить относительную скорость процесса. Временной интервал между двумя последовательными вспышками был измерен с помощью вращающегося барабана с точностью до 10 с. Точность измерения расстояний на изображении лежит в пределах десятых миллиметра. [c.275]

Не останавливаясь подробно на критике этих, сейчас уже устаревших представлений , укажем, что некоторые положительные моменты этой теории (влияние дефектов на прочность твердого тела, представление о перенапряжении в вершинах трещин и т. д.) находят применение и в настоящее время при интерпретации экспериментальных данных и попытках феноменологического описания процесса разрушения. [c.140]

Растрескивание связующего еще не приводит к потере несущей способности наполнителя, так как критические перенапряжения в вершине трещины поглощаются дополнительной упругой деформацией волокна. Приложенную растягивающую нагрузку можно увеличивать, что приведет к очередному акту возникновения и предотвращения распространения трещины на другом участке материала. Медленный прерывистый рост трещин при растяжении органоволокнитов на основе эластичных волокон определяет высокое значение предельной работы разрушения этих материалов. [c.280]

Справедливость этих предположений подтверждена рядом опытов, в том числе упоминавшимися выше опытами по предварительному подтягиванию образцов статической нагрузкой перед циклическими испытаниями. Данные о температурной и частотной зависимости расхождений между тц и Тст, частично упоминавшиеся выше, также косвенно свидетельствуют о разЛичии релаксационных процессов рассасывания локальных перенапряжений при разных режимах нагружения. Об этом свидетельствуют и другие опыты подобного рода опыты в два приема , опыты с изменением времени отдыха в промежутках между нагружениями [713, 714, 724] и другие феноменологические исследования долговечности твердых тел при повторных нагружениях, описанные в обзоре [736] и в серии последующих работ этого направления [748—752]. Здесь мы не будем их подробно анализировать и укажем лишь, что наряду с этими исследованиями определенную ясность в указанную проблему вносят эксперименты, в которых изучается особенность развития магистральных трещин при циклическом нагружении по сравнению со статическим [558, 624—631]. Именно эти эксперименты позволяют судить об изменениях в локализации процесса разрушения при изменении режима нагружения и о роли релаксационных процессов в изменениях кинетики роста трещин при переходе от статического нагружения к циклическому. Анализ соответствующих экспериментальных данных позволяет выделить долю изменений в долговечности при циклическом нагружении по сравнению со статическим за счет изменения коэффициента перенапряжения в вершине трещины, т. е. отделить ее от доли, определяемой эффектами разогрева. Большая чувствительность скорости роста трещин к структурным изменениям и релаксационным процессам, развивающимся в их вершине, демонстрируется рис. 199, на котором показано, как сильно изменяется скорость роста трещины при разгрузках и повторных нагрузках образца [628]. [c.406]

Гриффитс рассматривает разрушение твердого тела как критическое событие, которое наступает, когда величина перенапряжений в вершине трещины достигает значений теоретической прочности. Следует подчеркнуть, что согласно уравнению (1.11) техническая прочность зависит от поверхностной энергии твердого тела, поэтому контакт его с внешней средой, способной сорбироваться материалом, неизбежно ведет к облегчению процесса разрушения. [c.47]

Увеличение прочности каучуков при введении стеклообразных полимеров (см. рис. 199) объясняют обычно тем, что возникающие микротрещины в деформируемой смеси встречаются с твердыми частицами полимера, который при данной температуре более прочен, чем каучук. Встречаясь с более прочной частицей, трещина перестает расти, так как перенапряжения в вершине трещины успевают релаксировать, либо трещина огибает частицу и тогда путь ее увеличивается, что также увеличивает вероятность релаксации перенапряжений и остановки роста трещины. В целом это приводит к росту прочности. [c.304]

Существуют два характеристических значения перенапряжения в вершине трещины безопасное ст = Р(ТдИ критическое кр Р кр-Перенапряжение в вершине трещины, при котором потенциальная кривая становится симметричной, — это безопасное перенапряжение а В этом случае устанавливается динамическое равновесие процессов разрыва и рекомбинации связей. При напряжениях, меньших безопасного, трещина смыкается, а при больших — растет. При перенапряжениях, меньших критического, процесс разрыва и восстановления связей носит флуктуационный характер. При достижении критического перенапряжения связи начинают рваться атермически и наступает быстрая стадия разрушения. [c.211]

Сказанное подтверждается результатами Шенда , который, исходя из экспериментальных данных и формулы Нейбера для коэффициента концентрации напряжения, рассчитал для стекол перенапряжение в вершине трещины з , при котором разрушение стекла происходит с большими скоростями. Эта величина различна для разных стекол, но во всех случаях превышает в [c.25]

В термо- и реактопластах усиливающее действие наполнителей также связано с их влиянием на ориентацию и переходом полимера в тонкие пленки на поверхности [2]. Наполненные пластики могут рассматриваться как слоистые системы, состоящие из непрерывной фазы — полимера, ориентированного и фиксированного в виде тонких слоев на поверхности частиц наполнителя, и чередующихся слоев, или частиц наполнителя. Поэтому прочность наполненных пластмасс возрастает с увеличением активной поверхности до определенного максимума, соответствующего предельно ориентированному слою связующего. Влияние наполнителя на прочность, как и в случае резин, описывается с помощью статистической теории распределения внутренних дефектов в твердом теле. Усиливающее действие связано с изменением перенапряжений в вершинах трещин, с релаксацией напряжений и перераспределением их на большее число центров прорастания микротрещин. Это должно увеличить среднее напряжение, обусловливающее разрушение тела. Микротрещина, развиваясь в наполненном полимере, может упереться в частицу наполнителя, и, следовательно, для ее дальнейшего развития требуется увеличение напряжения. Чем больше в полимере наполнителя, тем больше создается препятствий для развития трещин, вследствие чего происходит торможение процесса разрушения. Можно также полагать, что в тонких слоях полимеров согласно статистической теории прочности должно наблюдаться уменьшение числа дефектов, приводящих к разрушению, и увеличение прочности будет пропорционально уменьшению толщины слоя. Это предположение проверялось Рабиновичем [542] на примере тонких пленок бутварофенольной смолы, однако различий в механических свойствах пленок разной толщины им обнаружено не было. [c.273]

Если перенапряжение в вершине трещины таково, что потенциальная кривая на рис. 64 становится симметричной, то оно называется безопасным локальным напряжением Опо. Если перенапряжение Стп>0по, то трещина растет если (Тп<сГпо, то трещина смыкается. Приложенное к образцу напряжение Оо, под действием которого в вершине трещины возникает безопасное перенапряжение Стдо, называется безопасным напряжением образца. Частота флуктуаций, приводящих к росту трещины, равна [c.297]

Смешиваемые каучуки обычно отличаются по значениям модуля (податливости), т. е. возникшая при их совмеш епии двухфазная система характеризуется различием модулей дисперсной и непрерывной фазы. Разрушение образца при многократных деформациях начинается с роста микротрещины. Если микротрещина зарождается в среде с меньщим модулем, то при встрече с частицей высокомодульного каучука рост трещины затормозится, а то и вовсе прекратится вследствие релаксации перенапряжений в вершине трещины. Если микротрещина растет в среде с более высоким модулем (модуль непрерывной среды выше, чем модуль дисперсной фазы), то перенапряжения в вершине растущей трещины легко релаксируют нри встрече с частицей дисперсной фазы, имеющей большую податливость. Известно, что не только стеклообразные полимеры способны усиливать каучуки, по и каучуки усиливают пластмассы. На этом основано получение ударопрочного ПС, содержащего до 15% каучука в виде дисперсной фазы. Аналогичный эффект проявляется, видимо, и в смеси каучуков. [c.40]

Таким образом, трещины серебра — это клиновидные области расслоившегося и сильно деформированного полимера, подвергшегося значительной вытяжке и упрочнению. Упрочненные участки материала (тяжи) скрепляют створки трещин. Принимая на себя нагрузку, они препятствуют значительному увеличению перенапряжений в вершинах трещин серебра . Практически можно считать, что в этом случае напряжение на оставшееся сечение а равно номинальному напряжению а, поэтому коэффициент концентрации напряжения при росте трещин серебра практически не меняется (р = onst). [c.84]

В работах [7.82, 7.83] показано, что повторные нагружения после отдыха приводят к кратковременному увеличению скорости роста трещины н уменьшению долговечности из-за появления дополнительных перенапряжений в вершине трещины и увеличения коэффициента у в уравнении долговечности. По данным [7.62—7.64], ири циклических нагрузках наблюдается периодическое скачкообразное продвижение трещины, и на поверхности образуется нолосатость или рябь . [c.216]

Многие смеси полимеров обладают уникальными усталостными свойствами (эффект взаимоусиления) число циклов деформации до разрудюния материала для смеси оказывается во много раз (или десятков раз) больше, чем для индивидуальных полимеров. Ото особенно характерно для смесей каучуков и, по-видимому, пластмасс (напр., для смеси полиэтилена и полипропилена). Причина взаимоусиления — наличие переходного слоя, благодаря чему возникающие ири действии нагрузки трещины растут вдоль межфазной поверхности и проходимый при этом путь (а следовательно, и соответствующая энергия разрушения) существенно больше, чем в материале из индивидуального полимера. Перенапряжения в вершинах трещин при встрече с частицей дисперсной фазы быстро релаксируют, если материал частицы имеет большую податливость, чем непрерывная среда, либо рост трещины приостанавливается при встрече с частицей более жесткого полимера. [c.219]

Положение об.пасти критической деформации определяется двумя величинами 1) степенью увеличения напряжения в целом и перенапряжений в вершинах трещин с ростом деформации и 2) степенью упрочнения резины благодаря ориентации при деформации. Оба фактора, в свою очередь, могут сильно зависеть от компонентов резины (последние влияют на межмолекулярпое взаимодействие, статический модуль, прочностные свойства резины и число образующихся трещин), а также от вида деформации и внешней среды (например, если среда вызывает набухание). [c.128]

Мерц [46] предположил, что образующаяся в пластмассе трещина, контактируя с частицей каучука, деформирует ее и перенапряжения в вершине трещины расходуются на деформацию частицы, дисси-пируйсь и превращаясь в конечном итоге в тепло внутреннего трения каучука. Мацуо [47] показал, что действительно в микротрещинах, возникающих при ударе, находятся тяжи ориентированного ка чука. Когда размер частиц каучука становится соизмеримым с радиусом кривизны вершины трещины, т. е. меньше 100 А, эффект усиления практически исчезает. [c.279]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология