Критериях разрушения

Разупорядочение ионных кристаллов происходит преимущественно в той подрешетке, ионы которой обладают меньшим радиусом, более низкой валентностью и меньшей деформируемостью. Разные типы разупорядоченности иногда могут переходить один в другой при повышении или понижении температуры. Так, РЫ2 ввиду большой поляризуемости ионов I" при низких температурах обладает катионной проводимостью, в то время как анионная проводимость становится значительной только в области 'более высоких температур.

СКОЛЬЖЕНИЕ — один из осн. механизмов пластич. деформации кристаллов. Происходит сдвиганием (трансляцией) одной части кристаллов относительно другой, как правило, по наиболее плотным (следовательно, наиболее взаимно удалённым) кристаллич. плоскостям и вдоль наиболее плотно усеянных атомами кристаллографич. направлений (следовательно, вдоль направлений с миним. «шагом» С.). Эти плоскости и направления наз. кристаллографич. элементами С. Мн. отличия в механич. св-вах разных кристаллов связаны с различным числом и расположением кристаллографич. элементов С. и дислокаций.

Методом электролиза солей выращены нитевидные кристаллы серебра и меди [179—183]. Установлено, что рост нитевидных кристаллов происходит, как правило, в 'присутствии специальных добавок к раствору.

Установившийся рост нитевидных кристаллов происходит путем периодического наслоения металла на растущую грань [183]. Механические свойства нитевидных кристаллов, выращенных методом электроосаждения, значительно ниже, чем у нитевидных кристаллов, выращенных методом восстановления, что, по-видимому, объясняется присутствием примесей в кристаллах, выращенных первым способом [184].

В качестве радиоактивного газа чаще всего используют криптон-85 (Кг-85). Это химически инертный газ с периодом полураспада 10,6 лет. Отличительной особенностью этого газа является способность задерживаться в кристаллической решетке некоторых материалов (например, гидрохиноне). При нагревании или растворении кристаллов происходит выделение радиоактивного газа.

Для получения нитевидных кристаллов в производственных условиях используются периодические, полунепрерывные и непрерывные процессы. В первых двух процессах рост кристаллов происходит на массивных стационарных или движущихся подложках, а в непрерывном процессе роль подложки играют взвешенные в объеме газового потока микроскопические центры кристаллизации.

Кристаллизация слитка представляет собой сложный процесс, зависящий от многих факторов. Кроме природы металла и скорости охлаждения, большое значение имеют температура Жидкого металла при отливке, способ заливки, материал и форма изложницы и т. д. После затвердевания металла, залитого в изложницу, на поперечном разрезе слитка можно обнаружить три характерные зоны первичной кристаллизации (фиг. 11, см. вклейку). Наружная зона (а) состоит из мелких неориентированных (глобулярных) зёрен, образующихся в начальный момент затвердевания, в результате большой скорости охлаждения (соприкосновение жидкого металла с металлической изложницей) и неровной поверхности изложницы. Вслед за тонким глобулярным слоем образуется вторая основная зона (б) так называемых столбчатых кристаллов, или зона транскристаллизации; рост столбчатых кристаллов происходит перпендикулярно к стенкам изложницы в направлении, обратном тепловому потоку. В середине слитка, где скорость охлаждения наименьшая и центры кристаллизации возникают во всей массе металла, снова образуется зона неориентированных зёрен, однако относительно более крупных, чем в наружном слое.

и быстром охлаждении рост а-кристаллов происходит в искажен-

Сульфид индия InA можно получить при нагревании металла с серой или при пропускании сероводорода в слабокислый раствор соли индия. Его цвет изменяется от желтого через красный до коричневого. Цвет и кристаллическая структура этого вещества, по-видимому, связаны со скоростью образования, которая в свою очередь зависит от раствора, из которого сульфид индия осаждается сероводородом. Из раствора хлорида индия(Ш) выпадает желтый осадок, который состоит из мелких частиц или имеет неупорядоченную структуру. По-видимому, это объясняется быстрым ростом кристаллов. Из раствора сульфата индия(Ш) образуется соль красного цвета, обладающая определенной структурой, которая обнаруживается при рентгеноструктурном анализе. По-видимому, в этом случае рост кристаллов происходит с меньшей скоростью. Это может быть связано с электрохимическими свойствами индия, описанными в следующем разделе.

Диаметр кристаллита кремния в зависимости от условий получения изменяется от долей до десятков микрон. Длина кристаллитов достигает 60—80 мкм. В условиях производства для получения нитевидных кристаллов используют периодические, полунепрерывные и непрерывные процессы. В первых двух процессах рост кристаллов происходит на массивных стационарных подложках. В непрерывном процессе роль подложки выполняют взвешенные в объеме газового потока микроскопические центры кристаллизации.

точка начала кристаллизации обозначена цифрой /. Точку, соответствующую началу кристаллизации, принято называть точкой ликвидус, а соответствующую концу кристаллизации — точкой солидус. Из жидкого сплава // ниже точки ликвидуса начинают выпадать кристаллы чистого металла А. Выпадение кристаллов происходит в интервале температур от точки / до площадки на кривой охлаждения, обозначенной цифрами 2—2'. Выпадение кристаллов сопровождается выделением тепла. Поэтому в интервале между точками 1 и 2 кривая охлаждения более пологая, чем до точки /. В интервале между этими точками сплав находится в двухфазном состоянии: в жидком растворе металлов А

Известные методы расчета траектории трещины можно разбить на две группы: дифференциальные (или пошаговые) методы, основанные на локальных критериях разрушения, и интегральные (или глобальные), основанные па критериях, выраженных через интегралы вдоль искомой линии трещины1).

171. Морозов Е. М., Полак Л. С. Об энергетических критериях разрушения.— В кн.: Прочность и деформация материалов в неравномерных физических полях. Вып. 2.— М.: Атомпздат, 1968, с. 254—259.

Несмотря на то, что в настоящее время не существует универсального критерия прочности для композиционных материалов, состояние этой проблемы таково, что конструктор имеет возможность с достаточной стрпенью точности предсказывать начало разрушения, а в некоторых случаях и предельную нагрузку рассматриваемых элементов конструкций. В этой главе были изложены апробированные аналитические методы определения напряженного состояния и прочности композиционных материалов, основанные на теории слоистых сред и классических критериях разрушения. Достоверность этих методов подтверждается практикой их использования при расчете авиационных и космических конструкций, и поэтому они рекомендуются расчетчикам и проектировщикам. Однако ограничения и допущения, принятые при построении методов расчета и формулировке критериев разрушения, всегда следует иметь в виду и применять те расчетные критерии, при которых эти ограничения не оказывают существенного влияния на результаты окончательного расчета.

в. Типы разрушения. Разрушение микромеханического типа, приводящее к макромеханическому разрушению в области склейки, может определять уровень несущей способности соединения, тип разрушения и выбор способа предсказания величины разрушающей нагрузки. Представления о возможных видах разрушения склеенного слоистого композита [16, 18] используются при определении критического уровня дефектов (см. раздел П.Б), соответствующих расчетных характеристик и критериев [14]. Необходимо отметить, что этой стороне вопроса было уделено недостаточное внимание, несмотря на большое число исследований, посвященных прочности клеев [3, 8, 16, 18]. Информация о критериях разрушения первоначально рассматривалась без анализа характера разрушения.

В критериях разрушения, формулируемых на основе таких рассмотрений, многие физические факторы, например упругая нелинейность и пластичность, необходимым образом исключаются или им не придается особого значения. Тем не менее в случае

Во многих прежних критериях разрушения атшзотропных материалов тензорное свойство критерия прочности, хотя и подразумевалось, но не выполнялось надлежащим образом. Обзор как ранних, так и современных критериев разрушения анизотропных материалов, их преимуществ в отношении накладываемых ограничений и способности описывать данные по разрушению композитов под действием сложного напряженного состояния был сделан в работе [76] и не будет здесь повторен. Чтобы способствовать включению критериев разрушения в теорию разрушения композитов, достаточно будет рассмотреть только необсуждавшиеся вопросы.

28. Иденбом В. Л. О критериях разрушения в дислокационных теориях прочности. — «Физика твердого тела», 1961, № 3(7), с. 2071—2079.

Уточненные оценки прочности на стадии проектирования проводятся с использованием поцикловой кинетики местных упруго-пластических деформаций, условий суммирования квазистатических и циклических повреждений; при этом может быть учтена неизотермичность нагружения как в расчете напряжений и деформаций, так и в расчете долговечности [1—7]. Проведение таких кинетических расчетов при температурах, не вызывающих ползучесть, реализуется сравнительно несложно, если в эксплуатации имеют место стационарные режимы изотермического нагружения. Для материалов, склонных к циклической стабилизации, этот расчет еще больше упрощается и может быть основан на деформационных критериях разрушения и анализе напряженно-деформированного состояния в исходном (нулевом) и первом полуциклах нагружения.

Усложнение геометрии исследуемых элементов конструкций по мере снижения их материалоемкости, нелинейное поведение материалов в зонах конструктивной неоднородности, в вершинах исходных технологических дефектов (трещин, пор, включений, подрезов и т. д.), особенно при длительных статических и циклических нагрузках в условиях повышенных температур, ведут наряду с применением традиционных в практике проектирования аналитических методов к существенному развитию и совершенствованию численных методов и самих критериев прочности и разрушения, ориентированных на использование ЭВМ [1]. При этом вместе с нормативными подходами для оценки малоцикловой прочности и долговечности по условным упругим напряжениям (равным произведению местных упругих или упругопластических деформаций на модуль упругости при соответствующей температуре [2]) разрабатываются уточненные методы расчетов, основанные на деформационных критериях разрушения поцикловой кинетики местных упругопластических деформаций и учитывающие тем-пературно-временные эффекты, частоту нагружения, форму циклов [3—7].

Расчеты прочности и ресурса высоконагруженных конструкций при малоцикловом нагружении базируются па исходной информации о тепловых и механических нагрузках, на получаемых в процессе расчета данных о кинетике напряженно-деформированных состояний, на соответствующих критериях разрушения (преимущественно деформационного характера) и условиях суммирования повреждений, оцениваемых через параметры действующих и предельных деформаций. Одним из основных вопросов, имеющих существенное значение для всех этапов определения малоцикловой прочности и ресурса, является вопрос об уравнениях состояния, характеризующих поцикловую связь между текущими значениями напряжений и деформаций. Эта связь в общем случае оказывается достаточно сложной и зависящей от уровня действующих нагрузок, типа материала, условий нагружения (температур, скоростей деформирования, времен выдержек), характера напряженного состояния, возможных структурных изменений в материале, степени его поврежденности, а также от физико-механических воздействий окружающей среды.

Выполнен анализ кинетики механохимической повреждаемости конструктивных элементов при эксплуатации трубопроводов и получены аналитические формулы для расчета их долговечности в условиях хрупкого и вязкого разрушений. В отличие от ранее известных решений получаемые зависимости справедливы для элементов независимо от отношения главных напряжений и параметров анизотропии и базируются на деформационных критериях разрушения, адекватно отражающих работоспособность труб из пластичных материалов.