Разрушении материалов

В процессе эксплуатации аппарат подвергается воздействию циклических нагрузок. Для получения более достоверно-х> расчета учитывают реальное число циклов. При этом его долговечность определяется характеристиками пластичности при статическом разрушении материала и пластической деформацией в цикле нагружения:

зи, концентрируются главным образом на границах неоднородностей. Разрывы отдельных связей приводят к образованию микротрещин, длина которых имеет порядок диаметра зерна. Микротрещины обычно локализуются вблизи существующих в материале дефектов или надрезов. Размер зоны разрыва межатомных связей имеет порядок 10"'° м. Разрушение межатомных связей в какой-то одной плоскости приводит к образованию новой плоскости разрушения. Разрыв межатомных связей в плоскости, перпендикулярной направлению действия нагрузки, проявляется в разрушении материала, носящем название нормального отрыва (рисунок 2.1.12). Разрыв межатомных связей в плоскости, параллельной направлению действия нагрузки, приводит к сдвиговому разрушению (рисунок 2.1.13). Во всех случаях разрушение происходит лишь тогда, когда локальные напряжения превышают когезионную прочность материала, соответствующую примерно 0,1 модуля упругости.

2(>. H<:cu.n,4ciu:'j Г. С.. Лакеев Б. П. Прочность вращающихся надрезанных лископ при киазихрушчом разрушении материала.—ФХ.ММ, 1!)(9. Л: 1. с. 78—80.

зи, концентрируются главным образом на границах неоднородностей. Разрывы отдельных связей приводят к образованию микротрещин, длина которых имеет порядок диаметра зерна. Микротрещины обычно локализуются вблизи существующих в материале дефектов или надрезов. Размер зоны разрыва межатомных связей имеет порядок 10"'° м. Разрушение межатомных связей в какой-то одной плоскости приводит к образованию новой плоскости разрушения. Разрыв межатомных связей в плоскости, перпендикулярной направлению действия нагрузки, проявляется в разрушении материала, носящем название нормального отрыва (рисунок 2.1.12). Разрыв межатомных связей в плоскости, параллельной направлению действия нагрузки, приводит к сдвиговому разрушению (рисунок 2.1.13). Во всех случаях разрушение происходит яишь тогда, когда локальные напряжения превышают когезионную прочность материала, соответствующую примерно 0,1 модуля упругости.

При разрушении материала по законам линейной механики вводится параметр /1С, который связан с величиной К1Ссоотношением

При синергетическом описании эволюции открытых систем рассматриваются переходы от одних механизмов самоорганизации (способы диссипации энергии при разрушении материала) к другим в критических точках неустойчивости, которые названы точками бифуркации [43-46]. В точках бифуркации система претерпевает принципиальные изменения в способности реагировать на подводимую энергию извне, а следовательно, кинетические уравнения в точках бифуркации должны дискретно сменять любой свой вид, либо дискретно меняются параметры этих уравнений. Чтобы применить к металлу указанный подход описания эволюции открытых систем с целью изучения распространяющихся трещин в элементах конструкций при многопараметрическом воздействии, необходимо показать существование в металле строго упорядоченных процессов (механизмов) разрушения и доказать независимость их реализации от условий или параметров внешнего воздействия.

Рассмотренные выше параметры внешнего воздействия на материал, изменение геометрических характеристик элемента конструкции в отдельности и все вместе оказывают воздействие на материал через изменение условий протекания пластической деформации. Однако во всех ситуациях соблюдается подобие условий страгивания трещины: доминирует нормальное раскрытие берегов трещины (тип I) и в ее вершине в срединных слоях образца или элемента конструкции имеет место объемное напряженное состояние. Минимальная работа разрушения будет определяться максимальной величиной предела текучести, как это следует из условия (2.25). Она достигается при идеально хрупком разрушении материала. Такая ситуация может быть реализована в условиях динамического нагружения, когда материал не успевает реализовать пластические свойства, а также за счет снижения температуры окружающей среды до критической температуры хрупкости.

на масштабном микроскопическом уровне роста трещины, когда в разрушении материала внутри мезотуннеля и при формировании зоны пластической деформации перед его вершиной доминируют процессы скольжения. Они по иерархии процессов накопления повреждений являются наименее энергоемкими.

Распространение усталостных трещин, как было отмечено выше, происходит с участием всех трех мод раскрытия берегов трещины, однако процесс подрастания трещины на II стадии описывается на основе представлений о доминировании роли процессов скольжения в разрушении материала. Это относится

Величина ее составляет 4,75-10~8 м, соответствует переходу от доминирующих процессов скольжения в разрушении материала к процессам ротационной неустойчивости деформации и разрушения при формировании свободной поверхности. При ее сопоставлении с зафиксированными минимальными величинами шага усталостных бороздок для сплавов на основе алюминия (см. табл. 3.1) выявлено удовлетворительное им соответствие. Близкая величина скорости роста усталостной трещины для алюминиевых сплавов была установлена в работе [121]. Граница перехода от стадии развития усталостной трещины I к стадии II соответствовала 5,1-Ю"8 м/цикл для термически не упрочненных сплавов и 4,58 • 10~8 м/цикл — для термически упрочненных сплавов.

правления магистрального развития и перпендикулярно ему. Поэтому даже для одноосного растяжения имеем комбинацию известных решений [145-147], которые должны быть учтены в описании разрушения при одновременной реализации поперечного сдвига и отрыва (&г + km) в мезотуннеле и продольного сдвига и отрыва (km + ki) в перемычке между мезотуннелями. В случае продольного сдвига дополнительно учитывается возможность наклона плоскости разрушения к горизонтали. Сказанное позволяет записать систему уравнений для учета роли комбинации компонент сдвига и отрыва в разрушении материала в виде:

11. Максимович Г. Г., Шатинский В. Ф., Копылов В. И. Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями.— Киев: Наук, думка, 1983.— 264 с.

6. БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР В РАЗРУШЕНИИ МАТЕРИАЛОВ ТЕХНИКИ И СООРУЖЕНИЙ

Биологический фактор имеет основное значение в повреждаемости техники и разрушении материалов. Микроорганизмы, находясь практически повсюду: в воздухе, воде, почве, принимают активное и непосредственное участие в повреждениях техники и превращениях различных материалов. Это явление происходит в результате борьбы микробов за существование. Явление носит двойственный характер: с одной стороны, биоповреждение эксплуатирующихся конструкций может приводить к существенному экономическому ущербу, с другой — микроорганизмы очищают среду, утилизируя отходы, накапливающиеся в результате интенсивной деятельности человека.

6. Биологический фактор в разрушении материалов техники и сооружений................ 45

Периодический характер структурных изменений при трении интересен с точки зрения энергетических представлений о разрушении материалов. Известно, что разрушение наступает тогда, когда поглощенная материалом энергия достигает свойственного ему критического значения. Подтверждением этого для трения служит периодический характер изменения поглощенной энергии [166] и периодический характер структурных изменений, свидетельствующий о периодическом упрочнении и разрушении поверхностного слоя. Для сухого трения и изнашивания в струе абразивных частиц было установлено, что энергия, поглощенная материалом за число воздействий, равное числу циклов до разрушения, является для дан-

На основании анализа изменений расчетных значений Zn и коэффициента деформационного упрочнения п, проведенного для 11 марок сталей, титановых и алюминиевых сплавов, была установлена численная тождественность 1П и и2. Такая модель с точностью до 25 — 30 % предсказывает значения Kie при статическом разрушении материалов.

Коррозионное воздействие, например со стороны окислительной газовой среды в турбогенераторе или установке для газификации угля, в сочетании с высокой температурой может приводить к преждевременному разрушению конструкций даже при сравнительно низких механических напряжениях. В принципе можно предусмотреть меры против пластической деформации при высоких температурах еще на стадии проектирования, повысив сопротивление ползучести,, длительную прочность (время до разрушения) и вязкость разрушения материалов. Однако, к сожалению, современные знания о ползучести и разрушении материалов под напряжением, даже в отсутствие осложняющих факторов, связанных с воздействием внешней среды, являются в лучшем случае качественными [1—7]. Известные проявления влияния среды на ползучесть и разрушение материалов под напряжением еще требуют анализа, обобщения и систематизации.

Усилия многих исследователей направлены на изучение прочности и процесса разрушения, а также на выяснение зависимости между характером разрушения и критериями разрушения. Характер разрушения сложный, поскольку разрушению подвергается не только матрица. При разрушении материалов, армированных волокнами, происходят разрушение волокон, их вытягивание, т. е. в целом разрушение представляет собой некоторую сложную комбинацию.

Доклад основан на анализе литературных данных, обсуждениях отдельных вопросов с технологами морского оборудования и результатах, полученных в рамках собственных исследовательских программ баттелевской лаборатории в области морской коррозии. Наиболее надежной считалась информация о разрушении материалов в реальных морских условиях, а не результаты модельных лабораторных экспериментов.

Информация о разрушении материалов и различных изделий в морской воде собрана в докладе, подготовленном в Научно-исследовательской лаборатории ВМС США [215]. Рассмотрено воздействие морской воды на такие материалы, как металлы, пластики, композиты, керамика, бумага и натуральные волокна, и на такие изделия, как фотоматериалы, магнитная лента, электронные компоненты, ракетное топливо и взрывчатые вещества.

целое учение о трении и учение об износе машин, возникшие в начале нашего века, были сделаны в СССР: в работах Д. В. Конвисарова [100—101] и А. К. Зайцева [82]. Существенное влияние на развитие в СССР научных исследований в области проблемы износостойкости материалов оказали работы советских физиков и физико-химиков, в первую очередь В. Д. Кузнецова, П. А. Ребиндера, Б. В. Дерягина, которые своими исследованиями внесли ясность во многие неизученные вопросы этой проблемы и помогли исследователям-инженерам в формировании правильного подхода к пониманию и изучению явлений, происходящих на поверхностях трения при взаимодействии металлов и смазки, разрушении материалов при трении.