Теория термофлуктуационная

Термофлуктуационная теория - З- Прочность и долговечность [c.280]

Наряду с подходом, использующим механику разрушения, интенсивно развивается теория прочности на основе кинетических представлений [5 9 22 61 11.10]. Отличительной особенностью кинетического подхода является учет термофлуктуационного характера разрыва и восстановления напряженных химических связей. Напряжение увеличивает вероятность разрыва связей и уменьшает вероятность их восстановления. [c.293]

ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ [c.294]

Согласно термофлуктуационной теории (см. (11.7)), безопасное-напряжение Сто в вершине начальной микротрещины /о [c.311]

Применение термофлуктуационной теории к квазихрупко-му разрушению полимеров [c.318]

Термофлуктуационная теория квазихрупкого разрушения [5 9 11.14] с учетом коэффициента концентрации напряжения в формуле (11.46) приводит к следующему выражению для долговечности в интервале (сто, Ск) [c.319]

Прочность и долговечность полимерных волокон Применение термофлуктуационной теории [c.322]

Применение термофлуктуационной теории к полимерным волокнам [c.323]

Прочность и долговечность являются важнейшими свойствами полимерных материалов. Прочность реальных материалов не является материальной константой, так как зависит от многих факторов — времени или скорости действия нагрузки, температуры, вида напряженного состояния и др. Можно назвать две основные причины этого. Первая — существование во всех реальных материалах структурных дефектов и прежде всего микротрещин. Вторая — термофлуктуационный механизм разрыва химических связей. Соответственно этому возникли два подхода к прочности твердых тел механический и кинетический. Механический подход имеет свои достоинства и недостатки. Так, механика разрушения является основой инженерных методов расчета прочности деталей и конструкций, находящихся в сложнонапряженном состоянии. Математическая теория трещин, позволяющая рассчитывать перенапряжения вблизи микротрещины, является большим достижением механики разрушения. В то же время механический подход оставляет в стороне физические атомно-молекулярные механизмы разрушения и физическую кинетику разрушения в целом. Кинетический подход исходит из термофлуктуационного механизма разрушения, общего для всех твердых тел, в том числе и для полимеров. Суть этого механизма заключается в том, что химические связи в полимере разрываются в результате локальных тепловых флуктуаций, а приложенное напряжение увеличивает вероятность разрыва связей. [c.331]

Современная термофлуктуационная теория хрупкой прочности полимеров объединяет оба подхода и вводит понятие о безопасном [c.331]

Итак, по кинетической теории разрушение твердых тел происходит следующим образом. Приложение к телу внешней нагрузки вызывает напряжение межатомных связей. При этом вследствие неоднородности строения реальных тел на субатомном уровне внешняя нагрузка распределяется неравномерно по связям возникают локальные перенапряжения. В этих местах энергия активации распада межатомных связей понижается особенно сильно. Именно в этих местах наиболее интенсивно идут процессы термофлуктуационного разрыва напряженных связей. Здесь фор-, мируются очаги разрушения, развитие которых и заканчивается распадом тела на части. [c.183]

Долговечность до зарождения трещины, выраженная во времени, уменьшается с повышением частоты деформирования, Это согласуется с термофлуктуационной теорией прочности материалов, так как увеличение частоты деформирования приводит к повышению температуры образца. [c.117]

Мгновенная скорость роста трещины принимается такой, какой она была бы, если бы оставалась постоянной (аналогично принятому ранее в [294, с. 4 296, с. 973 ]. Переход к кинетическим закономерностям заключается в том, что модуль сцепления рассматривается как функция скорости роста дефекта и температуры. Используя изложенные выше представления, в работе [36, с. 634—640] рассматривали основные представления квазистацио-нарного приближения кинетической теории длинных трещин и термофлуктуационного роста дефекта. Было показано, что известные результаты по кинетике роста дефекта могут быть интерпретированы в рамках этой теории. [c.294]

Изучение закономерностей разрушения структуры геля казеина проводилось при использовании метода температурно-временной зависимости прочности и позволило получить характеристики структуры. Показано, что процесс разрушения гелей казеина подчиняется основным закономерностям термофлуктуационной теории прочности Журкова, Время х пребывания образца под действием приложенного напряжения сдвига дается следующим выражением [c.142]

Журков и его сотрудники установили, что причиной возникновения первичных трещин в полимере являются тепловые флуктуации. В результате тепловых флуктуаций происходит резкое возрастание кинетической энергии отдельных атомов, колеблющихся около положения равновесия, что приводит иногда к разрыву химической связи в основной цепи нолимера. Это происходит в том случае, если кинетическая энергия атомов становится больше, чем энергия химической связи. Наряду с разрывом химических связей идет процесс их восстановления. Напряжения, возникающие от приложенной извне нагрузки, уменьшают энергию активации процесса разрыва химических связей, а тепловые флуктуации приводят к их разрыву. Термофлуктуационная теория прочности исходит из того, что разрыв химических связей обусловлен тепловыми флуктуациями, а напряжение уменьшает вероятность восстановления этих связей, придавая тем самым определенную направленность процессу разрушения. [c.294]

Рассмотрим подробнее один из вариантов термофлуктуационной теории прочности, предложенный Бартеневым [17]. Пусть имеется материал, который претерпевает хрупкое разрушение. К таким материалам относятся полимеры ниже температуры хрупкости Г р, а также в интервале от Гхр ДО Tg. [c.295]

Следует заметить, что формула (8.25) по существу является интерполяционной, хотя и применима в достаточно широком интервале долговечности (от 10- до 10 с). Эта формула справедлива лишь в интервале значений а, заключенных между сго (безопасное направление) и (7, (критическое напряжение). Термофлуктуационная теория прочности [1, 17, 20] позволяет, ио крайней мере качественно, описать долговечность полимеров и в предельных случаях, когда а— -Стк и а— [c.299]

Некоторая физическая общность прочностных и релаксационных свойств полимеров проявляется и в том, что соотношение, учитывающее временную зависимость прочности (формула Журкова), по форме совпадает с выражением для времени молекулярной релаксации, полученной и использованной для описания релаксационных (деформационных) свойств полимеров Александровым [4, 21] и Гуревичем [29] еще до создания термофлуктуационной теории прочности. Действительно, развивая предположение Александрова о том, что время [c.304]

Значение ст на участке IV также определяется свойствами среды. Действительно, согласно термофлуктуационной теории хрупкого разрушения Бартенева, безопасное напряжение в вершине трещины может быть определено по формуле [c.132]

Для случая разрушения полимеров в отсутствие среды при расчетах по термофлуктуационной теории Бартенев принимал линейный размер в термофлуктуационном объеме, на который увеличивается фронт трещин при единичном акте разрыва, равным 0,5, [c.159]

Термофлуктуационные теории прочности полимеров, не имеющих микротрещин 146 Молекулярная модель трещины [c.4]

Флуктуационный объем Va был введен при рассмотрении механизма разрушения твердых тел в термофлуктуационной теории долговечности [2.9]. Было показано, что в общем случае [c.24]

Для полимерной цепи двухуровневая модель представлена на рис. 2.3. (Оо — потенциальный барьер при разрыве, По — при рекомбинации связи Пп — энергия диссоциации при одновременном разрыве всех связей в цепи ип —энергия диссоциации концевого атома Кт — расстояние от минимума — точка А— до максимума — точка С.) Можно представить два случая распада полимерной цепи. Первый, когда все связи в цепи разрываются одновременно, и вся цепь полностью диссоциирует на атомы (этот случай представлен на рис. 2.2). Второй, когда рвется одна связь и вся полимерная цепь распадается на два фрагмента (этот случай приведен на рис. 2.3). При этом атом переходит из объемного состояния (Л) в поверхностное (В), проходя через максимум (С). Потенциальная кривая 1 относится к внутреннему атому цепи, а кривая 2 — к концевому. Такая двухуровневая модель будет рассмотрена применительно к термофлуктуационной теории долговечности в последующем. [c.26]

Для расчета временной зависимости прочности будем исходить из термофлуктуационной теории разрушения, согласно которой скорость роста микротрещины под действием постоянного растягивающего напряжения можно определить из выражения [c.53]

Для всех этих случаев в главе рассмотрены физические теории прочности и долговечности полимеров и стекол, методы расчета предельно достижимой прочности полимеров, обсуждена связь термодинамических и тепловых свойств с прочностью с точки зрения проявления энгармонизма в твердых телах. В главе проанализированы различные точки зрения на природу разрушения полимеров и сделай вывод о том, что в твердых полимерах ведущим процессом разрушения является разрыв химических связей, а не преодоление межмолекулярных взаимодействий. Рассмотрен термофлуктуационный и фононный механизмы зарождения субмикротрещин и их роль в разрушении полимеров в высокопрочном состоянии. [c.58]

Автор настоящей монографии в первоначальном варианте термофлуктуационной теории прочности твердых тел [2.9] придавал важное значение фактическому напряжению в оставшемся еще неразрушенным сечении образца. Например, для тонкой полоски [c.81]

Далее (в гл. 5 и 6) будут рассмотрены экспериментальный (кинетическая концепция прочности) и теоретический аспект физики прочности полимеров (термофлуктуационная теория прочности реальных полимеров, построенная с учетом понятий и с использованием методов механики разрушения). [c.104]

Область нехрупкого разрушения полимеров ф Теория перехода от хрупкого в нехрупкое состояние ф Два подхода к квазнхрупкому состоянию полимеров ф Применение термофлуктуационной теории к квазнхрупкому разрушению полимеров [c.7]

Прочность и долговечность полимерных волокон ф Применение термофлуктуационной теории к полимерным волокнам ф Мнкромеханика разрушения полимерных волокон [c.7]

Кинетический подход, основателем которого является акад. С. Н. Журков [11.10 61], отличается тем, что основное внимание обращается на атомно-молекулярный процесс разрушения и разрыв тела рассматривается как конечный результат постепенного развития и накопления микроразрушений или как процесс развития микротрещины на молекулярном уровне. Основным фактором в этом подходе является тепловое движение в полимерах. Выяснение природы этого термофлуктуационного процесса разрушения, зависимости скорости процесса и долговечности от температуры, напряжения и других факторов является основой современной физической теории прочности и базой для дальнейшего развития теорий предельного состояния в механике разрушения. Эти подходы будут в дальнейшем рассмотрены подробней. [c.287]

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]

Это явление объясняет экспериментально наблюдаемую ступенчатую зависимость скорости роста трещины от ее длины в процессе разрушения [61] (кривая АВВС рис. 11.15). При малых скоростях трещины локальный разогрев практически ничтожно мал (участок АВ), в точке В и далее с увеличением скорости локальный разогрев становится заметным, а увеличение температуры в вершине трещины ускоряет ее рост в соответствии с термофлуктуационной теорией [c.317]

Теперь рассмотрим применение термофлуктуационной теории к квазнхрупкому разрушению. Как и в хрупком состоянии, кинетика роста трещин определяется здесь термофлуктуационным механизмом, но в условиях проявления релаксационных свойств. Так, при [c.318]

Результаты по исследованию долговечности и термодеструкции полимеров Журкова с сотрудниками [61] привели к выводу, что в условиях опыта (температура выше 7 хр) каждая флуктуация приводит к разрыву отдельно взятой цепи полимера. Поэтому энергия термодеструкции цепей гюлимера совпадает или практически близка к энергии активации разрушения полимера. Многочисленные эксперименты С. Н. Журкова и-его сотрудников показывают, что в области квазихрупкого разрушения применимо уравнение (11.8) Журкова. Теоретически, ис.кодя из термофлуктуационной теории, к уравнению Л<.уркова можно прийти двумя путями. [c.318]

В уравнениях (8.18) и (8.19) vo — частота колебаний группы атомов, одновременно участвующих в разрыве или восстановлении связей (для полимеров vo 10 с ) со и со — элементарные объемы, в которых происходит разрыв или восстановление связей при тепловых флуктуациях. Параметр со играет важную роль в термофлуктуационной теории прочности и получил название флук-туационного объема. Флуктуационный объем со=ЯД л. а со = Я,2 1Яя, где Х — расстояние, на которое продвигается участок фронта микротрещин при каждой флуктуации по порядку величины близко к межатомному расстоянию) предполагается, что Л ЗЛо, где Яо —среднее межмолекулярное расстояние в полимере. Параметр —элементарный участок периметра трещины, состоящий из одного или нескольких атомов, одновременно охваченных флуктуацией (Хя 2Ло). Параметры Л1 представляют собой расстояния между соответствующими минимумом и максимумом потенциальной энергии (см. рис. 64). Губанов и Чевычелов [18, 19] показали, что для органических полимеров величина [c.297]

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]

Монография построена следующим образом. Вначале приведены сведеиия о теоретической прочности полимеров. Затем рассмотрены термофлуктуационный механизм и теория разрыва отдельно взятой полимерной цепи и полимеров с идеальной структурой, а далее — проблема разрушения простых твердых тел и полимеров с реальной структурой, где цеии нагружены неравномерно, но микротрещины отсутствуют (бездефектные материалы изучены научными школами проф. Ф. Ф. Витмаиа, автора этого предисловия и автора монографии). При этом развивается парадоксальная, на первый взгляд, концепция прочностных состояний. Впрочем, парадокс лишь кажущийся, поскольку прочность обусловлена структурой, а существование состояний с различной структурой комментариев не требует. [c.8]

Различные физические теории, объясняющие временные эффекты прочности твердых тел и полимеров, основываются на положении, что процесс разрушения есть активационный процесс разрыва тех или иных связей и что энергия активации снижается, а вероятность и скорость разрушения возрастают при увеличении приложенного напряжения. Иначе говоря, термофлуктуационные теории прочности полимеров приводят к основному выводу кинетической концепции Журкова процесс разрушения определяется тепловым движением и термофлуктуациями, вызывающими разрыв связей, а приложенное напряжение изменяет вероятность разрыва связей. [c.145]

Чтобы связать между собой атомно-молекулярные процессы и микроскопическое разрушение полимера, необходимо ввести некоторый локальный критерий, устанавливающий основную причину разрыва образца. Предложено два принципиально различных критерия разрушения. Первый основывается на представлении о том, что микротрещины не играют существенной роли и разрыв образца происходит тогда, когда в данном сечении число разорванных связей достигает некоторого критического значения (от 50 до 100% связей) [6.1]. Как следует из гл. 2, такого взгляда на механизм разрушения полимеров придерживались Журков и др. исследователи, и это в основном верно для разрушения твердого тела в высокопрочном состоянии в отсутствие микротрещин. Механизмы и теории разрушения в высокопрочном состоянии были обсуждены в гл. 3. Второй локальный критерий основан на представлении о том, что микротрещнны и их рост под нагрузкой играют определяющую роль в процессе разрушения. Механика разрушения (см. гл. 4) рассматривает теорию трещин и устанавливает критерии их роста, как правило, без учета термофлуктуационного механизма. [c.145]