Гриффита разрушения

Согласно Гриффиту, разрушение твердого тела под действием механического напряжения связано, в первую очередь, с существованием и развитием трещин. Модель трещины можно представить в виде отверстия в форме эллипса с полуосями а и Ь в плоском образце единичной толщины (рис. 4.16). Если приложить растягивающее напряжение а на расстоянии, бесконечном от трещины, то в вершине последней напряжение будет концентрироваться в соответствии с уравнением [c.168]

Теория Гриффита ф Учет механических потерь ф Виды рассеяния упругой энергии прн разрушении полимеров ф Безопасное напряжение [c.290]

Отправной точкой для развития термодинамического подхода к исследованию разрущения хрупких твердых тел послужили теория прочности Гриффита [11.12] и ряд ее модификаций на основе механики разрушения, подробный анализ которых содержится в монографиях [11.2 11.5 11.11 11.13]. [c.290]

Теория Гриффита и большинство последующих рассматривают разрушение реальных материалов, имеющих до нагружения начальные микротрещины. Под действием приложенного растягивающего напряжения ст на краях микротрещин возникает локальное перенапряжение о, во много раз превышающее среднее напряжение, рассчитанное на все сечение образца. Гриффит рассматривал условие роста начальной поперечной трещины длиной Iq с точки зрения баланса упругой и свободной поверхностной энергии образца [c.290]

В этом случае закон сохранения энергии допускает возможность образования новых поверхностей, однако при условии, что скорость роста трещины будет бесконечно мала. Поэтому, строго гово-воря, под безопасным напряжением с точки зрения термодинамического подхода следует понимать такое напряжение при котором трещина с учетом потерь бСз начинает расти с бесконечно малой скоростью. Начиная с Гриффита под понимали порог напряжения, при достижении которого разрушение принимает сразу катастрофический характер (трещина начинает расти с предельной скоростью). Термодинамический подход дает принципиально новую трактовку порогового напряжения, так как при напряжении 0 = сго разрушение вообще не может наступить из-за того, что (следует иметь в виду, что напряжения и близки). [c.292]

Механизм разрушения полимеров. Теория Гриффита [c.196]

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]

Теория Гриффита (см. главу 9) о хрупком разрушении пород постулирует существование микротрещин и молекулярных разрывов во всех кристаллических веществах. Под воздействием нагрузки разрушение начинается с концентрации напряжений на концах этих трещин. Во время бурения скважины лри ударах зубьев долота о горную породу образуются новые трещины. Рост имеющихся трещин или образование новых ведет к созданию дополнительных поверхностей и увеличению свободной поверхностной энергии. Поэтому в качестве постулата Ребиндер выдвинул положение о том, что жидкость, адсорбируемая на Поверхности трещин, снижает твердость породы за счет уменьшения поверхностной энергии образующихся трещин и, следовательно, повышает буримость породы. [c.287]

В качестве характеристики сопротивления резин разрушению может быть применён критерий прочности Гриффита в обобщённом виде [20] [c.537]

Френкель Эллиот , Баренблатт и др. рассмотрели условия, при которых трещина Гриффита будет расти или смыкаться. На рис. 6 изображены построенные по уравнению (Г 7) кривые зависимости энергии образца от длины трещины при двух напряжениях 01 (кривая 1) и 32>а 1 (кривая 2). Условие разрушения, по Гриффиту, удовлетворяет равенству д Х /дс=0, т. е. [c.18]

Во-первых, механизм разрушения по Гриффиту следует отнести к предельному случаю, т. е. к атермическому процессу разрушения, когда отсутствуют тепловые флуктуации (температуры вблизи абсолютного нуля или критические скорости разрушения). Теория Гриффита, не учитывающая временной фактор, уже неоднократно подвергалась критике. Но при абсолютном нуле теория Гриффита до некоторой степени физически оправдана, так как временная зависимость прочности при очень низких температурах отсутствует. [c.23]

Позднее представления Гриффита были положены в основу статистической теории хрупкого разрушения твердых тел, развитой многими авторами [152, 233, 256]. Обзор работ в этой области приведен в [44]. [c.117]

Параметры Е а у являются характеристиками свойств материала. В соответствии с теорией Гриффита критическое растягивающее напряжение хрупкого разрушения должно быть обратно [c.96]

В последнее время многие исследователи используют в качестве отправной точки теорию Гриффита. [4, с. 127—141], критика положений которой дана в гл. I. Для количественной проверки применимости этой теории для хрупкого разрушения полимеров сопоставляют критические разрушающие напряжения [c.97]

Теория прочности Гриффита подвергалась неоднократной критике ряда ученых [10, с. 1677 37, с. 66 85, с. 655 99, 225, с. 25]. Основной недостаток этой теории заключается в том, что оба критерия — энергетический и критическое напряжение — исключают рассмотрение разрушения как явления, развивающегося [c.98]

Выше уже говорилось, что измеренная экспериментально прочность значительно (на 2—3 порядка) иже теоретической. Первая попытка объяснить это расхождение принадлежит Гриффиту [11], создавшему первую физическую теорию прочности. Гриффит предполол<ил, что в реальном теле (особенно в его поверхностном слое) всегда имеется большое число дефектов, представляющих собой микротрещины разных размеров и ориентации. Под действием приложенной к образцу внешней нагрузки на краях микротрещин возникают перенапряжения, значительно превышающие среднее напряжение в образце. Разрушение материала, согласно Гриффиту, происходит лишь в том случае, если перенапряжение Оц у вершины наиболее опасной трещины окажется равным или больше теоретической прочности От- При Оц сТщ наиболее опасная трещина начинает катастрофически расти (со скоростью, близкой к скорости звука), и образец разделяется на части. При Оа<От трещина не растет. [c.288]

В основе теории Гриффита лежит закон сохранения энергии применительно к хрупкому разрушению. Гриффит полагал, что трещина растет лишь тогда, когда изменение упругой энергии в образце в результате разгрузки образца вблизи растущей трещины равно (или больше) изменению свободной энергии, возникающей за счет образования новых поверхностей. Приравнивая изменение упругой энергии изменению свободной [c.288]

Таким образом, теория Гриффита четко указывает на то, что техническая прочность материала должна быть инже теоретической в силу того, что Ок зависит от дефектов, всегда имеющихся в реальном твердом теле. Теория Гриффита имеет ряд недостатков, наиболее важными из которых являются два. В ней не учитывается тепловое движение атомов и поэтому предполагается ио существу атермический механизм разрушения. Теория Гриффита не может объяснить временную зависимость ирочности, которая, как правило, наблюдается экспериментально. В силу этих причин теория Гриффита может считаться в какой-то степени физически обоснованной лишь ири Т— -О К- [c.289]

Другим недостатком этой теории является то, что в ней ие учитываются механические потери ири хрупком разрушении материала. Действительно, выше уже говорилось, что исходной посылкой в теории Гриффита является равенство изменения упругой энергии 11 увеличению свободной поверхности энергии е при росте трещины. Однако это условие может выполняться лишь в равновесном состоянии, когда скорость роста трещины стремится к нулю (что эквивалентно условию д]) /дс = 0). Если рост трещины происходит с конечной скоростью, то часть упругой энергии рассеивается, превращаясь в тепло. Очевидно, что закон сохранения энергии в этом случае должен быть записан в виде [c.289]

При dQ = 0 (случай, соответствующий теории Гриффита) трещина ие должна расти. При разрушении твердых тел обычно возможны несколько типов потерь энергии. К ним относятся [1] потери, связанные с рассеянием энергии вследствие затухания колебаний атомов после разрыва связей потери, возникающие в результа- [c.289]

Большое различие между экспериментальным и теоретическим значениями поверхностной энергии сопоставимо с соответству-юш им расхождением, известным для металлов, для которых, как указывалось, было высказано предположение о том, что, хотя по форме теория Гриффита и верна, входящие в нее члены, отражающие изменение поверхностной энергии, должны быть дополнены членом, учитывающим работу пластической деформации, которая фактически значительно больше, чем изменение поверхностной энергии. Эндрюс [20] высказал мысль, что величина, измеряемая при хрупком разрушении полимеров, должна быть названа параметром работы создания поверхности у, чтобы отличить экспериментально определяемую величину от истинной поверхностной энергии. [c.322]

Было предложено несколько теорий для объяснения влияния каучуков на улучшение сопротивления термопластов ударным нагрузкам. Одна из них основана на предположении о том, что каучук растягивается в процессе разрушения и поглощает значительное количество энергии. Другая теория представляет частицы каучука как концентраторы напряжения. При этом возникает множество микротрещин, разрастающихся в процессе разрушения, в противоположность одной трещине, которая возникала бы в обычном термопласте. Предполагается, что вследствие большей площади новой поверхности на это требуется большая энергия (эта идея основана на представлении о связи энергии разрушения с площадью вновь образованной поверхности в соответствии с теорией прочности Гриффита). [c.333]

Для схемы хрупкого разрушения материалов Мотт [43] показал, что если в уравнение Гриффита для баланса энергии включить кинетическую энергию растущей трещины, то предельная скорость [c.336]

В пользу теории хрупкого разрушения Гриффита свидетельствует тот факт, что в стекле трещины начинаются на поверхности в свежеприготовленном материале они отсутствуют, что обусловливает в этом последнем случае очень высокие значения прочности. [c.339]

Эта формула применима к хрупким средам или тогда, когда область пластического течения мала по сравнению с критической длиной трещины. Для полимеров, подобных полистиролу или ПММА, Тг 5-10 дин/см , Лй 3 10 дин/см и V 2-10 эрг/см тогда с= 50—100 мкм. Поскольку пластические деформации развиваются в слоях размером в 1—2 мкм, в рассматриваемом случае формула Гриффита применима. При разрушении образцов из С/АН появление шероховатых трещин начинается при достижении значения с порядка 250 мкм, что удовлетворительно согласуется с расчетным значением (50—100 мкм). Расхождение между двумя значениями связано с существованием некоторого участка, на котором происходит ускоренный рост трещины. [c.143]

Б-четвертых, со всей определенностью доказано, что критерий Гриффита, которым предпочитают пользоваться научные школы на Западе, не является критерием разрушения простых твердых тел и полимеров. [c.6]

Таким образом, как термодинамический, так и кинетический подходы к процессу разрушения и термофлуктуационная теория прочности хрупких твердых тел приводят к выводу о сушествова-нии безопасного напряжения, для расчета которого при одноосном растяжении предложены уравнения (11.42) и (11.43), а для сложнонапряженного состояния — уравнение (11.44), а также к диаграмме механизмов разрушения, показанной на рис. 11.11, где приводятся границы существования безопасных напряжений, термофлуктуационного и атермического разрушения в зависимости от размеров начальных микротрещин в материале. На основании этих уравнений может быть определен критерий оценки безопасных микротрещин в хрупких твердых телах. Порог разрушения по Гриффиту аа ° соответствует безопасному напряженую оо, а не критическому (Тк, как это считалось до сих пор общепринятым. [c.314]

Механический подход исходит из того, что в материале, прилегающем к вершине микротрещины при температуре выше 7 хр, когда предел текучести (вынужденной высокоэластичности Ов) становится меньше перенапряжений в вершине микротрещины, происходят микропластические деформации, снижающие концентрацию напряжения. Часть работы разрушения твердого тела идет на мик-ропластическую деформацию (механические потери первого вида). В связи с этим упругая энергия, идущая на разрушение твердого тела, возрастает. В этом подходе исходят из теории Гриффита и обобщают ее, вводя в формулу Гриффита вместо свободной поверхностной энергии а характеристическую энергию разрущения (или в дальнейшем — энергию разрушения) а, которая включает и свободную поверхностную энергию, и механические потери. Под характеристической энергией разрушения а понимается вся энергия, затрачиваемая на процесс разрушения при образовании единичной поверхности разрушения. [c.316]

Как отмечает Берри, исследования прочности полимеров развиваются в двух направлениях. Первое относится к механике разрушения и к энергетическому подходу исходя из работ Гриффита и модели упругого твердого тела с микротрещиной, т. е. рассматриваются макроэффекты разрушения. Второе направление относится к физике (кинетике) разрушения и рассматривает молекулярноатомные механизмы и микромеханику разрушения. На Западе предпочитают первый подход (Гриффита), в СССР — второй (Журкова). Рассмотрим вначале результаты первого подхода к эластомерам. В этих опытах исследования механики разрушения проводились на образцах эластомеров и резин с искусственными надрезами. Методика испытания образцов с надрезом получила название испытания на раздир, который широко изучался в работах Ривлина и Томаса [12,1], Томаса [12.2] и других исследователей [12.3 12.4 82]. В процессе испытаний на раздир определялась энергия разрушения, которая зависела от заданной скорости движения зажимов. Энергия раздира включает свободную энергию образования новых поверхностей и механические потери, причем механические потери столь велики, что превышают свободную поверхностную энергию на много порядков. Эластомер считается тем прочней, чем большие затраты работы внешних сил требуются на раздир. [c.334]

Ривлин и Томас, по существу, для эластомеров применили формулу Гриффита в виде уравнения (11.45) Орована — Ирвина, где а имеет смысл характеристической энергии разрушения (энергии раздира). [c.335]

Теория разрушения материалов, в которых энергия разрушения идет только на образование новой поверхности, носит название теории Гриффита. Известно (см. гл. 10), что наименьшие возможные деформации, приводящие к разрушению, наблюдаются у полимера тогда, когда он переходит из стеклообразного в хрупкое состояние. В этом состоянии перемещения структурных элементов оказываются минимальными, а следовательно, минимально и рассеяние энергии в виде теплоты. Поэтому теорию Гриффита часто. чазывают теорией хрупкого разрушения. [c.197]

В заключение необходимо подчеркнуть, что прочность полимеров, как правило, в несколько раз ниже теоретической, что обусловлено наличием дефектов — концентраторов напряжений. Наличие дефектов приводит к тому, что определяемое значение прочности является среднестатистическим. Существует разброс значений прочности и проявляется влияние масштабного фактора на прочность. Теорией, качественно правильно объясняющей закономерности прочности твердых полимеров, является теория Гриффита, отклонения от которой тем больше, чем большая доля упругого напряжения в разрушаемом образце идет на потери, связанные с процессами деформации. Наряду с понятием прочности по Гриффиту существует понятие долговечности, т. е. времени, в течение которого образец разрушается под действием данного напряжения, меньшего чем Ор. Установлена прямая пропорциональность между 1дтр и а для твердых полимеров, малодеформируемых в момент разрушения, и прямая пропорциональность между ]gтp и lga для эластичных полимеров (резин). Аналогичным образом прн динамическом режиме нагружения циклическими нагрузками существует прямая пропорциональность между gNp и ао для твердых полиме- [c.212]

Естественные открытые трещины в горной породе могут существовать только в том случае, если одно из главных напряжений растягивающее. Прежде считали, что условия абсолютного растяжения не могут существовать в поле сжатия, преобладающего под землей. Однако на основании комбинированной (Гриффита и Мора) диаграммы разрушения (рис. 9.29) Секор показал, что трещины растяжения могут образовываться до глубины, на которой Ст1 = 3/С (где К — прочность на растяжение, МПа), и оставаться открытыми до глубины, на которой [c.366]

Критерий разрушения в таком случае зап[Ш1ется так же, как у Гриффита, только вместо свободной поверхностной энергии (/ ог, следует подставить сумму -q), т. е. характеристическую [c.232]

На основании приведенных результатов можно сдела1ь заключение [4], что прочность при растяжении обратно пропорциональна квадратному корню из размера дефекта. Эти данные позволяют определить коэффициент пропорциональности — параметр материала Еу. Используя значение макроскопического модуля Юнга, вычислили поверхностную энергию разрушения. Это же значение получилось и при расщеплении, т. е. для иной механической системы. Уравнения, применяемые для интерпретации данных, полученных при растяжении и расщеплении, были выведены при использовании энергетического критерия Гриффита. Оказалось, что между значениями у, полученными двумя методами, даже при резком различии механических систем наблюдается хорошее соответствие. [c.98]

Орован [416, с. 341] связывает статическое разрушение с изменением степени опасности трещин Гриффита за счет постепенного уменьшения поверхностной энергии при адсорбции влаги и поверхностно-активных веществ на створках трещин. Отсутствие временной зависимости прочности в вакууме [417, с 1293] рассматривается как факт, подтверждающий эту точку зрения. [c.144]

Уже во время появления работ Гриффита [67, 68] высказывали мнение о необходимости учитывать влияние теплового движения на разрыв связей, противодействующих разделению тела на части под влиянием разрушающего напряжения. Хотя эта мысль была высказана в общей форме в работах [67, 68], Смекал, по-види-мому, впервые попытался учесть влияние теплового движения на процесс механического разрушения тел. [c.270]

В работе [2] при определении прочности элементарных стеклянных волокон в момент их вытягивания было показано, что прочность стеклянного волокна, полученного обычным промышленным способом в исследованном интервале диаметров (7—50 мк), составляет 300— 320 кГс1мм и мало зависит от диаметра, что коррелируется с данными Томаса [3]. В то же время результаты испытаний тех же самых стеклянных волокон обычным способом (образцы волокон извлекались из пряди и испытывались через несколько дней после их получения) показали, что прочность стеклянного волокна с увеличением его диаметра снижается. Можно предположить, что в этом случае мы испытываем стеклянные волокна с развившимися поверхностными дефектами механизм их разрушения соответствует представлениям Гриффита [4], А. П. Александрова и С. Н. Журкова [5]. [c.317]

Бенбоу и Рэслер [8] положили начало наиболее плодотворному подходу к исследованию хрупкого разрушения полимеров, опубликовав результаты работ по медленному раскалыванию ( leavage) полистирола и полиметилметакрилата. Они интерпретировали свои результаты на основе теории прочности Гриффита [9], которая ранее широко применялась к хрупкому разрушению металлов и стекол. [c.317]

Имеется много подтверждений того, что для описания хрупкого разрушения стекол и металлов уравнение Гриффита справедливо в хорошем приближении. Однако, за исключением стекол, реальные значения поверхностной энергии оказываются значительно превышающими величины, рассчитанные исходя из представлений об образовании поверхности разрушения путем разделения двух плоскостей соседних атомов. Это привело Орована и других исследователей к предположению о том, что поверхностная энергия должна также включать член, отражающий работу пластического течения вблизи поверхности разрушения в процессе роста трещины при деформировании металла. [c.319]

В простейшей форме теория Гриффита пренебрегает каким-либо вкладом в энергетический баланс за счет кинетической энергии, связанной с движением трещины. Поэтому многие исследователи считали, что изучение хрупкого разрушения стеклообразных полимеров должно оказаться наиболее успешным, если принять меры для обеспечения столь малой скорости роста трещины, чтобы рассеивалось минимальное количество энергии. С учетом этого Бенбоу и Рэслер [8] предложили методику разрушения, согласно которой плоские полоски полимера раскалывались по длине при постепенном распространении трещины вплоть до середины образца. [c.319]

Физика прочности — быстро развивающаяся область науки. Каждые 10 лет происходит ломка или существенные изменения старых представлений и быстрое накопление новых фактов, имеющих принципиальное значение. Автор настоящей книги уже написал две монографии по физике прочности. Первая издана в 964 г. " В ней рассмотрена термофлуктуационная теория прочности применительно к полимерам, указаны границы применимости уравнения долговечности (безопасное и критическое напряжения), рассмотрен механизм разрушения эластомеров. Через 10 лет, в 1974 г., автором опубликована вторая монография , посвященная в основном неорганическим стеклам и стекловолокнам. Б 1гей впервые в советской литературе рассмотрены проблемы теоретической прочности неорганических стекол п органических полимеров. При этом было показано, что теория и критерий Гриффита, вопреки общепринятому, ио ошибочному мнению, является не критерием разрушения, а эквивалентной термофлуктуационной теории формой описания безопасного напряжения впервые были приведены данные о дискретном спектре прочности неорганических стекол и стекловолокон, предложена фононная теория разрушения бездефектных твердых тел. [c.5]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология