Материале происходит

в материале происходят необратимые изменения — меняется способ сопротивления внешней циклической нагрузке путем реализации последовательной смены устойчивых, иерархически упорядоченных, неравновесных состояний. Каждое устойчивое состояние накопления повреждений характеризует свой масштабный уровень.

В работе [11] предложен иной подход для оценки поведения композита при сложном напряженном состоянии, где для исследования задачи совместного действия осевого растяжения и сдвига использована модель разрушения в результате накопления повреждений [2]. Предполагалось, что в силу статистического распределения прочности волокон в материале происходят разрывы отдельных волокон (рис. 2.5). Каждый разрыв вызывает в прилегающем объеме матрицы местную концентрацию касательных напряжений. Основной целью рассматриваемого подхода является определение характера взаимодействия касательных напряжений от внешних нагрузок и локальных касательных напряжений и их совместного влияния на предельные напряжения материала при растяже-

В условиях дальнейшего охлаждения в материале происходят структурные превращения, которые, как известно, сопровождаются изменением удельного объема. В частности, в рассматриваемый период времени (ta — 4) в стали происходят мартенситные превращения, ведущие к увеличению объема и тем самым обусловливающие развитие напряжений
последующий контакт. Однако это не так. Общепризнано, что при скольжении изменения в материале происходят. Это и пластическое течение, и упрочнение, и растрескивание, а создаваемые таким образом изменения оказывают влияние и на последующий процесс изнашивания [152—154]. Кроме того, следует принять во внимание, что поверхности трения получают механической обработкой (резанием, шлифованием и т. д.), которая, посуществу, представляет собой разновидность процесса скольжения и может привести к накоплению повреждении.

Во многих случаях свойства взаимосвязаны. Внешние условия могут уменьшить или увеличить сопротивление к разного рода напряженным состояниям. Напряжения, в свою очередь, способны повысить коррозионное воздействие окружающей среды, а облучение ослабляет сопротивляемость материала как к различным напряжениям, так и к действию коррозионно-активной среды. Под действием облучения в материале происходят изменения как в структуре, так и в физических свойствах.

Следует заметить, что основное распространение получила теория вязкоупругости при медленных процессах деформирования, что привело к развитию теории ползучести и ее приложений в различных областях техники и строительства. В данной области теории вязкоупругости получено много важных результатов [1, 2, 5, 11. 24, 26, 29, 50]. В то же время во многих областях техники вязкоупругие материалы подвергаются импульсивным воздействиям, при этом в деформируемом материале происходят волновые процессы.

Под термической усталостью понимают появление в детали трещин вследствие действия циклических термических напряжений [4]. Эти напряжения возникают при отсутствии возможности свободного изменения геометрических размеров детали. Трещины термической усталости появляются после некоторого числа теплосмен. Исследования Ю. Ф. Баландина показали, что еще до образования трещин термической усталости в материале происходят необратимые структурные изменения, влияющие на кротковременные и длительные характеристики металла. Эти изменения могут также вызвать изменение размеров детали. Первые трещины термической усталости возникают на поверхности изделий и трудно различимы, особенно на литых необработанных поверхностях. При последующем увеличении числа циклов количество трещин и их размеры возрастают. Образуется сетка трещин, возникают разрывы стенок, и деталь разрушается. Следует учитывать, что действие теплосмен на деталь, как правило, происходит одновременно с действием механических нагрузок (от давления, центробежных сил и.т. п.), остаточных напряжений, коррозионной среды, и т. д. Таким образом, повреждения детали определяются суммарным действием всех перечисленных выше факторов. Следует отметить, что при анизотропии свойств металла детали, т. е. при различных коэффициентах линейного расширения, могут появиться термические напряжения второго рода.

производство энтропии в системе. Если в материале происходят из-

Дополнительное снижение А"1(, в условиях эксплуатации происходит вследствие высокотемпературного охрупчивания: с течением времени в материале происходят процессы миграции нечистот (сера, фосфор, мышьяк) на границы зерен, и материал становится хрупким.

В результате интенсивного выделения теплоты в процессе резания металлов нагреваются лезвия инструмента, причем в наибольшей степени — их поверхности. При температуре нагрева ниже критической (для различных материалов она имеет разные значения) структурное состояние и твердость инструментального материала не изменяются. Если температура нагрева превышает критическую, то в материале происходят структурные изменения и связанное с этим снижение твердости. Критическая температура называется также температурой красностойкости. В основе термина «красностойкость» лежит физическое свойство металлов при нагреве до 600 °С излучать темно-красный свет. Красностойкость — это способность материала сохранять при повышенных температурах высокие твердость и износостойкость. По своей сути красностойкость означает температуростойкость инструментальных материалов. Температуростойкость различных инструментальных материалов изменяется в широких пределах: 220... 1800°С.

Процессы оплавления и кристаллизации. При эксплуатации некоторых деталей по разным причинам на короткий промежуток времени температура может превысить расчетную. В этом случае в материале происходят рост зерен, растворение и укрупнение кристаллов упрочняющих фаз, что ведет к сокращению времени до разрушения.

Геометрические соотношения. При определении деформативных характеристик трехмерноармированных композиционных материалов примем в первом приближении вариант элементарного описания модели, изображенной на рис. 5.2. Единичный куб, представляющий модель материала, составлен из различных по упругим свойствам прямоугольных параллелепипедов, относительные размеры которых связаны с геометрией размещения волокон. Реальная структура материала представляется чередующимися пересекающимися тонкими слоями, армированными волокнами. В материале эти слои выделяются, как показано на рис. 5.1, а, б. При нагружении материала нормальными напряжениями вдоль каждой из осей армирования распределение напряжений в плоскости отдельного слоя является кусочно-однородным по сечениям армирующих волокон и смежным им прослойкам связующего. Пересечение слоев в трехмерноармированном материале происходит в трех взаимно ортогональных направлениях. Вследствие этого распределение нормальных напряжений по сечению материала, ортогональному одному из направлений армирования, является кусочно-непрерывным по отдельным малым площадкам сечения трехмерноарми-рованного материала. Число малых площадок, приходящихся на единицу площади сечения трехмерноармиро-ванного материала, равно утроенному числу всех волокон, заключенных в единице объема материала. Суммарная нагрузка, воспринимаемая во-

Распространение усталостных трещин в любом материале происходит последовательно на разных масштабных уровнях. Принято разделять масштаб реализуемых процессов роста трещины, вводя представления о коротких, малых и длинных трещинах [1-12]. Короткие трещины изучают при постоянной циклической нагрузке образца, тогда как малые трещины, как правило, изучают в области малоцикловой усталости при постоянной деформации (рис. 3.1). Важно подчеркнуть, что различие коротких и малых трещин состоит в первую очередь в том, что они относятся к разным процессам разрушения материала. Короткие трещины развиваются от поверхности при возможно самых низких уровнях коэффициента интенсивности напряжения, тогда как малые трещины развиваются в области малоцикловой усталости при высоком уровне номинального (или эквивалентного) напряжения (рис. 3.2). Существует предельная граница для уровня номинального напряжения, ниже которой возникающие усталостные (короткие) трещины не распространяются (рис. 3.2е). Переход от коротких к длинным трещинам при увеличении уровня номинальных напряжений сопровождается постепенным уменьшением скорости роста трещин, а далее происходит вновь увеличение скорости (рис. 3.2я). При малых размерах начальные трещины могут останавливаться и не распространяться в материале. После некоторого нарушения монотонности в изменении скорости коротких трещин по мере возрастания длины трещины происходит присое-

При дозах до 2,6-1010 эрг!г их твердость существенно не меняется, а при 4,4-1010 эрг/г каучук «Тиокол» настолько портится, что твердость не удается измерить [48]. При этой дозе относительное удлинение и предел прочности падают до нуля. Изменение свойств свидетельствует о том, что в материале происходит разрушение цепей. Растрескивание не наблюдалось при любых дозах.

Усталость при высоких температурах представляет собой сложный процесс, в котором определенную роль играют явления ползучести и повреждения, характерные для длительного статического высокотемпературного нагружения [97, 111]. Этим обстоятельством в значительной степени объясняется отсутствие физического предела выносливости для материалов, испытываемых при высоких температурах. Высокотемпературную усталость можно считать одной из разновидностей коррозионной усталости. Тем не менее целесообразно особо рассмотреть этот вид нагружения, поскольку при высокотемпературной усталости в материале происходит ряд специфических процессов, прямо не связанных с коррозией. Так, при испытании образцов из литейного никель-хромового сплава ЖС6К при 900°С наблюдалось резкое снижение значений микротвердости от головок к рабочей, зоне образцов, что можно объяснить весьма существенным разу-142

что определяется характером диаграмм неизотермического деформирования. На участке СВ термические напряжения интенсивно уменьшаются при /max = const. Поскольку материал деформируется в условиях заданного размаха полной деформации, то причиной уменьшения термических напряжений является развитие деформаций ползучести Дес, т. е. происходит релаксация термических напряжений: Ais = Aee + Aep--Aec. Величина упругой составляющей Лбе при этом уменьшается, а Де = =const. Точка ?('а=0) соответствует температуре t*, при которой знак напряжений изменяется. Величина напряжений растяжения определяется разностью температур M = t*—/mm и характером диаграмм деформирования. Однако, как видно из рис. 39, напряжения достигают значений предела текучести и превышают их. Таким образом, в материале происходит пластическое деформирование и в точке цикла, соответствующей ^тш-

•сопротивление разрушению твердых тел определяется диссипативными процессами, в течение которых в материале происходит формирование зон поверхностных переходных слоев -зоны скопления дислокаций и аморфной зоны с фрактальной пористой структурой;

Геометрические соотношения. При определении деформативных характеристик трехмерноармированных композиционных материалов примем в первом приближении вариант элементарного описания модели, изображенной на рис. 5.2. Единичный куб, представляющий модель материала, составлен из различных по упругим свойствам прямоугольных параллелепипедов, относительные размеры которых связаны с геометрией размещения волокон. Реальная структура материала представляется чередующимися пересекающимися тонкими слоями, армированными волокнами. В материале эти слои выделяются, как показано на рис. 5.1, а, б. При нагружении материала нормальными напряжениями вдоль каждой из осей армирования распределение напряжений в плоскости отдельного слоя является кусочно-однородным по сечениям армирующих волокон и смежным им прослойкам связующего. Пересечение слоев в трехмерноармированном материале происходит в трех взаимно ортогональных направлениях. Вследствие этого распределение нормальных напряжений по сечению материала, ортогональному одному из направлений армирования, является кусочно-непрерывным по отдельным малым площадкам сечения трехмерноарми-рованного материала. Число малых площадок, приходящихся на единицу площади сечения трехмерноармиро-ванного материала, равно утроенному числу всех волокон, заключенных в единице объема материала. Суммарная нагрузка, воспринимаемая во-

Релаксационные свойства полимеров. Механические свойства полимеров зависят от времени действия и скорости приложения нагрузок. Это обусловлено особенностями строения макромолекул. Под действием приложенных напряжений происходит как распрямление и раскручивание цепей (меняется их конформация), так и перемещение макромолекул, пачек и других надмолекулярных структур. Все это требует определенного времени, и установление равновесия (релаксация) достигается не сразу (от Ш~4 с до нескольких суток и месяцев). Практическое значение имеют случаи релаксации напряжения при неизменяемом относительном удлинении и ползучесть при постоянной нагрузке в статических условиях. Когда образец мгновенно доведен до какого-то значения деформации в, и она поддерживается постоянной, то от перестройки структуры наблюдается постепенное падение напряжения в материале, происходит релаксация напряжения.

охлаждения спеченной детали в материале происходит мартенситное

Образование карбидов хрома при нагреве в холоднодеформи-рованном материале происходит более равномерно, чем в недеформированной стали, и не только по границам зерен, но и по плоскостям деформации. В результате этого холоднодеформирован-ная сталь 18-8 приобретает меньшую склонность к межкристаллит-ной коррозии, чем недеформированная сталь, однако полного иммунитета против этого вида коррозии сталь не приобретает.

При распространении трещины перпендикулярно слоям в композиционном материале происходит ее торможение в результате распределения вдоль поверхности раздела слоев вблизи вершины растущей трещины.