Квазихрупкое состояние

Основные положения. В основе известных расчета на прочность используется линейная механика разрушения. При небольших сравнительно с пределом текучести, разрушающих напряжениях деталь находится в хрупком состоянии. Тогда справедливы асимптотические оценки напряженного состояния в окрестности вершины трещины и расчет на прочность можно вести по известному критерию Ирвина (К < Кс) линейной механики разрушения. С повышением уровня разрушающих напряжений зона пластических деформаций, окружающая вершину трещины, увеличивается в размерах. Если номинальное разрушающее напряжение больше предела текучести, то разрушение можно назвать квазихрупким. При этом асимптотические оценки напряжений у вершины трещины перестают быть справедливыми, понятие коэффициента интенсивности отсутствует и для расчета детали на квазихрупкое состояние требуются другие методы (даваемые нелинейной механики разрушения). На температурной зависимости разрушающего напряжения области хрупкого и квазихрупкого состояний отделяются так называемой второй критической температурой [10], т. е. той температурой, при которой номинальное разрушающее напряжение образца с трещиной равно пределу текучести при данной температуре. Поскольку разрушающее напряжение зависит от длины трещины, то при изменении длины трещины можем получать области хрупких и квазихрупких состояний при одной и той же температуре детали. Следовательно, желателен единый метод расчета для хрупкого и квазихрупкого состояния, поскольку расчет должен предусматривать варьирование длины трещины путем введения соответ- [c.229]

В хрупком состоянии критический коэффициент интенсивности напряжений Кс связывает разрушающую нагрузку и критическую длину трещины с помощью соотношения К = Кс. Причем Кс получают подстановкой в формулу для К значений разрушающих нагрузок и критических длин трещин. Можно попытаться сделать то же самое и для квазихрупкого состояния - в формулу для К подставить экспериментально найденные на образце критические значения и получить предельную величину К для данной критической длины трещины. Конечно, понятие коэффициента интенсивности напряжений в квазихрупком состоянии отсутствует. [c.230]

Для расчета на прочность необходимо иметь связь разрушающих нагрузок с длиной трещины с помощью всем известных формул, а эту связь доставляет предельный коэффициент К. Отличие от хрупкого состояния заключается в том, что предельная величина К будет зависеть от длины трещины (или, что то же самое, от разрушающих напряжений). Эту зависимость назовем пределом трещиностойкости. Таким образом, мы получаем единое расчетное уравнение, справедливое для хрупких и квазихрупких состояний [c.230]

Заметим, что формула (4.82) не имеет никаких ограничений по свойствам материала и размерам образцов. Она справедлива для расчета прочности как при вязком, так и хрупком и квазихрупком состоянии металла. Критические размеры царапины определяются по уравнению [c.297]

На базе математического аппарата теории пластичности механики разрушения и обобщения экспериментальных данных разработана методика определения допускаемых размеров царапин (рисок) в трубах, работающих под действующим внутренним давлением для случаев хрупкого, вязкого и квазихрупкого состояния металла. [c.46]

Критическое условие на границе хрупкого и квазихрупкого состояний следующее [c.195]

ВИСИТ от параметров х> 0 сочетания, количества и соотношения свойств слоев. Прн уменьшении относительной толщины композитной прослойки ее прочность в условиях квазихрупкого состояния может снижаться или возрастать (рисунок 4.52). Чем тоньше прослойка, тем вероятнее реализация квазихрупкого разрушения. Регулируя соотношения запаса вязкости количеством и сочетанием слоев, удается в широком диапазоне варьировать характеристики квазихрупкого разрушения сварных соединений с композитной прослойкой. Анализ напряженно-деформированного состояния мягких прослоек позволяет давать обоснованные рекомендации по обеспечению работоспособности сварных соединений. В частности, предпочтительными схемами композитных швов следует считать те, у которых участки с повышенной степенью объемности напряженного состояния (центральная область) и концентрации деформаций (угловые точки) завариваются электродами с высоким запасом вязко-пластических свойств. [c.374]

Практические успехи в использовании концепции ТПР были бы невозможны без фундаментальных исследований в области нелинейной механики разрушения, проведенных в 70—80-е годы, как в нашей стране, так и за рубежом. Особенно это важно для трубопроводов АЭС, которые в подавляющем числе случаев находятся во время эксплуатации в вязком или квазихрупком состоянии. [c.5]

Вместе с тем в целом ряде случаев оказывается возможным допустить возникновение в элементах конструкций квазихрупких состояний, т.е. перейти к определению запаса по вторым критическим температурам (Aij > [АГг] ) Однако в этом случае необходимо обеспечить запас прочности по нагрузкам [c.179]

При использовании в конструкциях высокопрочных, но мало-пластичных сталей, интенсивном накоплении повреждений от предварительного циклического нагружения, старения и радиации, при динамических нагрузках, при весьма больших толщинах стенок и т.д. возможно возникновение в конструкции хрупких состояний, когда отсутствует запас по вторым критическим температурам хрупкости (А 2 0). в таких случаях необходимо запасы Пр2, п 2 определять по формулам типа (5.27) (5.29), (5.31) и (5.32) с введением в их числители критических нагрузок, напряжений и деформаций в хрупком состоянии. Так как в хрупких состояниях номинальные разрушающие напряжения 2 не превышают предела текучести, то запасы по номинальным напряжениям и деформациям совпадают (п 2 = = Р2)- Запасы по местным напряжениям и п 2 деформациям и 2 определенные в этом случае по формулам, аналогичным (5.31) и (5.32), оказываются меньше, чем в квазихрупких состояниях. Разрушающие нагрузки и напряжения (или деформации) устанавливают с использованием рассмотренных выше критериев и закономерностей линейной механики разрушения. [c.180]

Долговечность полимеров в хрупком и квазихрупком состояниях 124 [c.4]

ТЕОРИЯ ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРОВ В ХРУПКОМ И КВАЗИХРУПКОМ СОСТОЯНИЯХ 145 [c.4]

Релаксационная трактовка перехода из хрупкого в квазихрупкое состояние [c.4]

Скорость роста трещины в квазихрупком состоянии [c.4]

Влияние длины трещины на коэффициент концентрации напряжений в хрупком и квазихрупком состояниях [c.81]

Согласно теориям прочности, у изменяется с изменением температуры и напряжения и практически постоянным может считаться только в ограниченном интервале напряжений. Для хрупкого состояния полимеров энергия активации С/о=С/о —дТ (см. гл. 2), а для квазихрупкого состояния наблюдается более сложная зависимость С/о от температуры. [c.129]

Журковым с сотр. доказано, что природа разрушения полимеров связана с термофлуктуационным механизмом разрыва полимерных цепей. Предложено уравнение долговечности т = =t(la, Т) в виде экспоненциального закона с тремя постоянными, имеющими определенный физический смысл. Сформулирована кинетическая концепция разрушения тел, заключающаяся в том, что основной причиной разрыва химических связей в полимерной цепи является тепловое движение и флуктуации локальной кинетической энергии. Применение уравнения долговечности Журкова сопряжено с определенными трудностями 1) не указаны границы применимости уравнения 2) не указаны состояния твердого полимера, для которых применимы результаты проверки уравнения Журкова фактически почти все экспериментальные данные получены для квазихрупкого состояния 3) существует неопределенность в физической трактовке предэкспоненты То. [c.143]

Согласно кинетической концепции разрушения, роль внешнего напряжения сводится к уменьшению кинетической энергии, необходимой для преодоления барьера, т. е. к уменьшению энергии активации разрыва связей и тем самым к увеличению вероятности разрыва связей в твердом теле. Сам же акт разрыва представляет собой флуктуацию локальной кинетической энергии, возникающую в результате подхода к вершине микротрещины фонона достаточной энергии и завершающуюся разрывом химических связей. Отсюда следует, что флуктуационный механизм разрушения можно назвать разновидностью фононного механизма разрушения. Тот факт, что в большинстве случаев для полимеров в квазихрупком состоянии энергия активации разрушения практически совпадает с энергией соответствующих химических связей, привел к заключению, что разрушение полимера выше Тхр происходит путем квазинезависимых разрывов отдельных полимерных цепей. [c.151]

Рис. а.18. Полная изотерма долговечности ПММА в квазихрупком состоянии (образец-полоска шириной мм [c.177]

Определим из (11.49) значение температурного коэффициента энергии активации в квазихрупком состоянии полимера, по-прежнему [61] считая, что Л = 10- з с, vo = 3 10- з с , о = 50МН/м Г = = 300 К, Я= 1,2 нм, но уже ш= 1,4-10 2 м (одна полимерная цепь), и что коэффициент концентраций напряжения для начальных мик-ротрещин полимерных стекол Ро=Ю, а типичная ширина образца-полоски 1== 1 см. Расчет дает значение 9 = 100 Дж/(моль-К), что близко к значению ПО Дж/(моль-К), приведенному в [9]. Увеличение д для квазихрупкого состояния в четыре раза по сравнению со значением = 25 Дж/(моль-К) для хрупкого состояния может быть объяснено увеличением коэффициента объемного теплового расширения полимера в три раза при переходе из стеклообразного в высокоэластическое состояние. Так как при переходе через 7 хр в местах концентрации напряжения наблюдается высокоэластическая деформация, то тепловое расширение в этих микрообъемах возрастает в три раза. Следовательно, с увеличением объема при тепловом расширении возрастает подрастянутость химических связей полимерных цепей. [c.320]

Идея второго пути [11.15] заключается в том, чтобы использовать формулу (11.19), предложенную для расчета концентрации напряжения в вершине микротрещины в упругой среде для матернала, находящегося в квазихрупком состоянии под X в этом случае понимают размеры Я,-ббласти микропластической деформации впереди трещины. Размеры этой микрообласти часто связывают с линейными размерами элементов микроструктуры (у металлов — [c.320]

Остальные пять глав содержат теорию и экспериментальные данные для полимеров и полимерных материалов с микротрещинами, уже имеющимися или возникающими при нагружении. Проблема микротрещин и трещин важна по двум причинам 1) реальный процесс разрыва в подавляющем числе случаев идет путем роста микротрещин и трещин 2) реальные полимеры и полимерные конструкционные материалы имеют, как правило, различного рода дефекты структуры, в том числе и микротрещины. Поэтому естественно, что прежде всего (гл. 4) рассмотрены механика и термодинамика разрушения твердых тел с трещинами и соответственно изложены два подхода к поочно-сти механический и термодинамический. Дальше, в гл. 5, рассматриваются кинетический подход и экспериментальные данные физики прочности полимеров, существенный вклад в которую внесли научные школы акад. С. Н. Журкова и проф. В. А. Степанова. В гл. б описана теория разрушения полимеров в хрупком и квазихрупком состояниях, предложенная автором монографии и объединяющая три подхода к прочности кинетический, термодинамический и механический. [c.8]

Квазихрупкое состояние наблюдается в интервале между Тхр и Ткхр и характеризуется релаксацией напряжения в перенапряженных местах структуры. Рассмотрим в этом интервале образец, растянутый до заданной деформации е = onst. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс релаксации. При относительно высоких температурах релаксация локальных напряжений происходит быстро по сравнению с временем наблюдения. В результате устанавливается стабильное состояние с меньшим коэффициентом иеренанряжения а (рис. 3.3). [c.47]

Модели трещин и критерии разруиюиия в квазихрупком состоянии [c.78]

Регелем [5.5] методом скоростной киносъемки был исследован процесс разрушения в ПММА выше 293 К, т. е. в квазихрупком состоянии. И в этом случае сделан вывод, что временная зависимость прочности органического стекла в основном определяется закономерностями роста трещин, а не закономерностями возникновения зародышевых трещин. Процесс роста трещин можно разделить на три стадии (рис. 5,6) медленный рост, начинающийся со стартовой скоростью Vs, ускоренный рост и, наконец, быстрый рост трещины с постоянной скоростью Ук (кривая 2). Для хрупкого разрушения (кривая 1) участка, подобного участку BD на кривой 2, связанного с локальным повышением температуры в пластической микрообла-сти в вершине трещины, не наблюдается. [c.111]

В главе 4 уже были рассмотрены вопросы связи процессов разрушения и деформации для высокопрочного состояния твердых тел. Есть достаточные основания считать, что прочность в квазихрупком состоянии совпадает с пределом текучести (для полимеров Оп — с пределом вынужденной высокоэластичности Ов). Ратнер и Брохин [5.31] рассматривали критическое время 0, необходимое для снижения Ов до величины приложенного напряжения, как деформационную (релаксационную) долговечность, аналогичную прочностной долговечности т. Величина 6 определяется по резкому подъему кривой ползучести полимера (рис. 5.17), после которого начинается высокоэластическая деформация. Было показано, что критическое время 0 подчиняется уравнению, аналогичному (5,9). [c.130]

НИИ, всегда имеются начальные микротрещины и наиболее опасная из них определяет прочность и долговечность. В полимерах, находящихся в квазихрупком состоянии, например в полимерных стеклах, также имеются начальные микротрещииы. В других случаях (полимерные волокна) микротрещииы отсутствуют, но имеются слабые места (аморфные участки микрофибрилл). Уже при малых нагрузках в слабых местах образуются субмикротрещины, которые вследствие наличия прочных кристаллических участков микрофибрилл являются стабильными и непосредственно не приводят к разрушению. Разрыв полимерного волокна происходит от одной из микротрещин, возникшей из ряда субмикротрещин или на стыке микрофибрилл. При больших нагрузках к разрушению приводит одна из наиболее опасных микротрещин. Поэтому термофлуктуационная теория в первую очередь должна рассмотреть механизм и условия роста микротрещин в полимерах. [c.146]

В квазихрупком состоянии полимера п=1, а в хрупком состоянии следует предположить, что п>1. Это объясняется тем, что в квазихрупком состоянии в вершине трещины происходит вынужденная высокоэластическая деформация и полимерные цепи ведут себя как квазинезависимые. В хрупком состоянии полимерные цепи вследствие отсутствия молекулярной подвижности в вершине не могут разрываться квазинезависи-мо, без участия соседних. Если область перенапряжения и флуктуация охватывает несколько полимерных цепей, то происходит групповой разрыв связей. Групповой механизм разрыва связей в полимерной цепи обоснован теоретически [4.91], а также методом машинного моделирования (см. гл. 2). [c.152]

При а = Оо скорость роста микротрещины бесконечно мала, вследствие чего все виды потерь, зависящие от скорости деформации, равны нулю. Поэтому расчет сго справедлив и для хрупкого, и для квазихрупкого состояния с тем отличием, что коэффициенты концентрации напряжений при одном и том же значении /о будут различны. Коэффициенты 3 рассчитываются по формулам механики разрушения, приведенным в гл. 4. Там же показано, что при о = 0 энергия, идущая на разрыв химической связи, состоит из двух частей LJq= Uo—Uo)- -Uq, где (i/o—i/o )—энергия, идущая на образование свободных поверхностей (свободная поверхностная энергия), а Uo—механические потери третьего вида (Qa — поверхностные потери), не зависящие от скорости роста микротрещины и не исчезающие при сг=(Го и 0 = 0. При а=сго упругая энергия целиком переходит в свободную поверхностную энергию, которая пропорциональна Uq—Uo, а оставшаяся часть потенциального барьера преодоле- [c.168]

На рис. 6.16, где приведена полная изотерма долговечности ПММА при 20 °С, показано изменение с увеличение о вкладов Тф и Тк в долговечность т. Кривая 1 соответствует флуктуа-ционной части долговечности Тф ПММА в квазихрупком состоянии, рассчитанной из уравнения долговечности (6.15) с учетом (6.16) и (6.17) нри следующих значениях констант и параметров /о = 9,5-10 з =10 мм р = 22,5 г)л = 4,8-10 2° мм % = = 1,26-10 5 мм = 8,4-10 3 кДж/(моль-К) о = 3-10 с. Линейному участку кривой АВС в координатах 1 т—а соответствует расчетное значение Л = 7-10 с, что несколько отличается от значения Л = 2,5-10 2, полученного из экспериментальных данных Песчанской и Степанова. Кривая 2 соответствует атермической части долговечности Тк по формуле (6.45) при ак = 207 МПа. Это значение в температурных пределах квазихрупкого разрушения, как и значение с>о = 20 МПа, практически от температуры не зависит, поэтому изотермы при других температурах, имея другие наклоны линейного участка, сохраняют неизменными его границы. Но с понижением температуры при Гхр происходит скачкообразное изменение ряда параметров, которые затем в области низких температур остаются практически постоянными (ниже Тхр для ПММА оо = = 6 МПа, а 0к=125 МПа, т. е. оба показателя в хрупком состоянии существенно ниже). [c.177]

Аналогичную диаграмму а — k можно построить и для квазихрупкого состояния ПММА. В этом случае Оо и Ок возрастают в три раза, а сто остается неизменным, если не считать, что модуль упругости Е будет несколько меньше, чем в хрупком состоянии (а остается практически той же). Тогда разрыв между 00 и Ос будет еще больше. Объясняется это тем, что в квазихрупком состоянии формула Гриффита неточна из-за потерь первого вида (деформационные потери, см. разд. 4.12) при росте трещины. Как указывалось в гл. 4, чтобы объяснить расхождение теории Гриффита с экспериментом, Орован, Ирвин и [c.181]