ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория прочности хрупких материалов из "Прочность пластмасс" Имеющиеся теоретические работы и экспериментальные исследования в области прочности деталей из хрупких материалов позволили получить много ценных данных по прочности квази-однородных полимерных материалов в стеклообразном твердом состоянии. При достаточно низкой температуре эти материалы склонны к хрупкому разрушению в результате быстрого развития трещины излома. [c.7] При исследованиях рассматривают статические условия неустойчивости трещин в материале как непрерывной среде и изучается динамика распространения трещины при определенных упрощающих допущениях. Разработанные феноменологические теории полезны для инженерных расчетов прочности квазиодно-родных материалов. Чтобы оценить влияние дефектов и концентрации напряжений на прочность деталей, рассмотрим известные данные по этому вопросу. [c.7] Следовательно, предельное напряжение для идеально хрупкого материала Од = о р д обратно пропорционально коэффициенту концетрации напряжений, соответствующему начальному дефекту, из которого развивается трещина хрупкого разрушения. [c.8] Зависимость (10) хорошо подтверждается данными испытаний хрупких квазиоднородных материалов. [c.14] На основании приведенных соображений можно не только определять значение допускаемого напряжения для деталей в условиях хрупкого разрушения при данной температуре и данном способе нагружения, но также и судить о допустимом размере дефектов [140, 169, 172]. Однако для более детальных и конкретных расчетов в этой области необходимо располагать значениями основных постоянных материала, которые нельзя определять по данным обычных испытаний. Необходимо также исследовать влияние ориентировки трещин и дефектов по отношению к направлению действующих напряжений и поверхности детали, а также влияние напряженного состояния на большем удалении от края дефекта. [c.14] Для второй серии испытаний использовали образцы с дефектами в виде трещин, полученных при направленном ударе. Некоторые из них имели неровные края, поэтому результаты их испытаний не принимались во внимание. Однако точная геометрия первоначальной трещины при малой толщине пластинки не оказывает существенного влияния на величину предельного напряжения. Ширина образцов В = 100 мм, толщина 4 мм. Все образцы испытывали при температуре 30° С, скорость деформирования составляла около 10 мм1мин. [c.15] Среднее значение удельной энергии разрушения К при указанной температуре определено для образцов со средней величиной исходной трещины и искусственным дефектом простой формы, занимающим всю толщину пластинки. При исходном дефекте размером 10 мм разброс значений удельной энергии не слишком велик, и разница между значениями, найденными для дефектов, полученных резанием и ударом, не превышает 20%. Среднее значение удельной энергии разрушения К = 0,3 кГсм/см , т. е. приблизительно в 50 раз превышает значение, соответствующее удельной энергии поверхностного натяжения Uy 10 кГ1см ). При дефекте размером меньше 10 мм величина К увеличивается. Более подробно этот вопрос рассмотрен ниже. [c.16] Во всех случаях К Это означает, что материал образцов не идеально хрупкий, а удельная энергия разрушения в основном определялась работой деформации в переходной зоне перед краем развивающейся трещины. [c.16] К = К е . Ниже приведены результаты испытаний при температуре, близкой к нормальной. На основании известных значений Ж при абсолютных температурах в диапазоне Т = 273-ь - -313° К получены следующие средние значения постоянных в приведенной формуле k = 1,5-10 и /Со 70. [c.16] Для плоских образцов из акрилона различной формы с дефектами постоянная С в формуле oll = С зависит при данной температуре материала от размеров образца и ориентировки дефектов. В дальнейшем все данные приведены к основному случаю, для которого действительна формула (1). [c.16] Постоянная А зависит от модуля упругости материала в соответствии с формулой А = Е Ь, так как упомянутое решение получено в предположении, что материал остается упругим вплоть до достижения предельного состояния. Однако необходимо принимать во внимание молекулярное строение материала и наличие переходной зоны. Если бы материал был совершенно однородным вплоть до элементарных объемов, то у края трещины при р == О имело бы место бесконечно большое напряжение. [c.19] По этим данным построен график (рис. 6), доказывающий, что обе теоретические кривые хорошо совпадают с результатами испытаний, проведенных автором. [c.20] Причина некоторого расхождения данных в области дефектов очень малых размеров рассмотрена ниже. [c.20] В приведенной выше таблице даны результаты испытаний образцов малой толщины из акрилона с острыми надрезами и полученными искусственным путем исходными трещинами с центральным их расположением. В таблицу не включены данные испытаний тех образцов, у которых плоскость исходной трещины не перпендикулярна действующему напряжению. При использованном методе получения исходных трещин последние иногда располагались в толще образца не перпендикулярно к его боковым поверхностям. В некоторых образцах плоскость трещины наклонена под углом 45° к поверхности образца, и максимальное напряжение растяжения, перпендикулярное плоскости трещины, в 2 раза меньше, чем для трещины, перпендикулярной к продольной оси образца. Если прочность материала определяется значением максимального напряжения растяжения, то минимальное разрушающее напряжение для таких образцов должно быть в 2 раза больше. [c.21] Расчеты, полученные по уравнениям Исида, лучше совпадают с данными эксперимента. [c.22] Если расстояние от точки приложения нагрузки до плоскости трещины меньше, можно принять = М, где — поправочный коэффициент (рис. 10). [c.24] В поверхностном слое материала всегда имеет место квази-пластическое разрушение на глубину порядка 0,1 мм при относительно высоком местном уровне деформации. При приближении края трещины к поверхности уровень энергии снижается из-за влияния свободной поверхности. [c.34] Постоянную т пока не удалось более точно определить по данным испытаний, так как измерение скорости распространения дефекта и энергии, необходимой для образования свободной по-верхиости на малом участке пути трещины х , проходимым за время первого этапа, представляет значительные трудности. [c.35] Вернуться к основной статье