химический каталог




ПРОЧНОСТЬ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ПРОЧНОСТЬ, способность материала (или конструкции) сопротивляться внешний механические воздействиям, не деформируясь необратимо выше заданного предела, т.е. не разрушаясь (см. Деформация механическая, Механические свойства). Понятие "П." относят не только к механические разрушению (П. на разрыв), но также к разрушению под действием агрессивных сред (см. Коррозия под напряжением), электрич. поля (пробой в диэлектриках), лазерного излучения. В данной статье рассматривается механические разрушение, а именно П. на разрыв. В рамках механики сплошных сред ПРОЧНОСТЬ рассматривается на основе представлений теории упругости и пластичности исходя лишь из энергетич. критерия разрушения и расчетов локальных перенапряжений вблизи полостей и трещин. Согласно этим представлениям, разрыв упругих тел (хрупкое разрушение) возможен, если количество упругой энергии, осво бождающейся при росте трещины, достаточно, чтобы скомпенсировать затраты энергии на образование новой поверхности разрыва. Нормальные напряжения а вблизи вершины трещины может быть рассчитаны по формуле:


где r-расстояние от конца трещины, К- так называемой коэффициент интенсивности напряжений, который зависит от формы и пластич. свойств материала. При некотором критической значении Ккр трещина распространяется без дополнительной увеличения приложенного напряжения. Разрушающее напряжение sр для плоского напряженного состояния определяется формулой Гриффит-са:


где E-модуль Юнга, d-эффективная поверхностная энергия, l-критической размер трещины. Для разрушения упруговяз-ких (вязкоупругих) тел, в том числе полимерных, ПРОЧНОСТЬ определяется условиями образования "шейки" на растягиваемом образце, т.е. условиями нарушения пластич. устойчивости (см. Реология).

Совр. подход к изучению проблем ПРОЧНОСТЬ учитывает атом-но-мол. строение твердых тел. Данные об энергии межатомных связей и межмолекулярных взаимодействие позволили рассчитать теоретическую ПРОЧНОСТЬ твердых тел на разрыв, которая оказалась во много раз большей, чем измеряемая на опыте для реальных тел. Расхождение теоретической и практической II. объясняется наличием в телах особых участков - концентраторов напряжений (трещин), в которых возникают локальные перенапряжения при приложении к телу нагрузки. Бездефектные материалы обладают ПРОЧНОСТЬ, приближающейся к теоретической; таковы, например, нитевидные кристаллы.

Кипегика разрушения. Физ. теории рассматривают деформирование и разрушение твердых тел как процессы, при которых в исходной структуре развиваются изменения под действием приложенной к телу нагрузки, а также происходят физических-химический превращения в поле механические напряжений, вплоть до катастрофич. разрушения тела, в т.ч. возникновение, перемещение и взаимодействие точечных, линейных и объемных дефектов. Эти процессы сильно зависят от температуры. Описание кинетики процесса требует прямой регистрации возникновения и скорости роста множества трещин или скорости прорастания отдельной магистральной трещины через сечение образца, а на атомномол. уровне-регистрации скорости накопления элементарных актов разрушения, т.е. необратимых разрывов межатомных связей.

Интегральной характеристикой кинетики разрушения служит величина т, называют долговечностью образца под данной нагрузкой, т.е. промежуток времени от момента приложения нагрузки до разрыва образца, испытываемого на растяжение. Долговечность т-характеристика, обратная средней скорости разрушения. Феноменологич. исследования кинетики разрушения сводятся к изучению зависимости долговечности от температуры Т и напряжения а, или иначе-темпе-ратурно-временной зависимости ПРОЧНОСТЬ различные материалов. В определенном диапазоне температур и растягивающих напряжений для всех материалов справедлива общая закономерность:


где k-постоянная Больцмана, U0, g и т0-эмпирическая коэффициенты. Вид этой формулы дает основание считать, что разрушение твердых тел-процесс термофлуктуационный, при котором вследствие хаотич. движения составляющих систему частиц энергия теплового движения превышает некоторый потенц. барьер разрушения U(s), например энергию, необходимую для разрыва межатомных связей в твердом теле. Высота барьера линейно уменьшается с увеличением приложенного напряжения. Предэкспоненц. множитель т0 не зависит от структуры тела и природы межатомных связей и имеет значения порядка 10-13 с, близкие к периоду собств. колебаний атомов относительно положения равновесия. Это отличает разрушение от др. кинетическая процессов, при которых изменения во взаимном расположении частиц (стерич. фактор) меняет Предэкспоненц. множитель на много порядков. Эксперим. значения U0, близкие к энергии межатомных связей, позволяют считать, что элементарные процессы разрушения представляют собой акты типа разрывов межатомных связей. Величина U0, как и т0, не чувствительна к структуре тела. Вся структурная чувствительность ПРОЧНОСТЬ сосредоточена в коэффициент у. Количественно у, имеющий размерность объема, в десятки и сотни раз больше атомного объема; его значение сильно меняется при легировании и предварит. деформировании металлов, пластифицировании и ориентировании полимеров, др. структурных воздействиях. Величина у имеет смысл произведения некоторого активац. объема на коэффициент перенапряжения в месте развития разрушения.

Термофлуктуац. представления были подтверждены прямым наблюдением за развитием разрушения в аморф-но-кристаллич. ориентированных полимерах на всех уровнях структурной организации. Так, с помощью спектральных методов (ИК, ЭПР, масс-спектрометрия и др.), малоуглового рентгеновского рассеяния и др. было установлено, что в полимерных образцах под нагрузкой распределение напряжений на межатомных связях неоднородно, появляются и накапливаются разорванные связи, концентрируются точечные (молекулярные) дефекты, накапливаются субмикротрещины размером порядка 103 нм. Сравнение скоростей накопления мол. дефектов и образования субмик-ротрещин привело к выводу о том, что первичные разрывы молекул служат как бы "спусковым крючком" для передачи цепи радикальной реакции на соседние молекулы, т. е. можно говорить о "взрывном" механизме субмикроразрушения образца. Микрокиносъемка процессов образования и роста микро- и макротрещин подтверждает, что указанные микропроцессы лежат в основе макроскопич. разрушения полимера и определяют его закономерности.

Кинетика разрушения металлич. материалов, стекол и т. п. качественно может быть рассчитана на основе термофлуктуац. подхода, однако из-за большой чувствительности к структуре тела эмпирическая значения коэффициент т0, U0 и g в формуле для долговечности т могут сильно отличаться от расчетных; в этих случаях интерпретация их физических смысла затруднительна. Это же относится и к нек-рым полимерам, в частности неориентированным. При анализе кинетики разрушения наряду с термофлуктуац. представлениями учитывают и химический процессы, сопровождающие деформирование и разрушение (см. Механохимия).

Литература: Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974; Бартенев Г. М., Прочность и механизм разрушения полимеров, М., 1984; Степанов В. А., Песчан-ская Н. Н., Шпейзман В. В., Прочность и релаксационные явления в твердых телах, Л., 1984; Берштейн В. А., Механогидролитические процессы и прочность твердых тел, Л., 1987; Эмануэль Н. М., Бучаченко А. Л., Химическая физика молекулярного разрушения и стабилизации полимеров, М., 1988. В. Р. Регель.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
профессиональная баскетбольная экипировка
чугунные радиаторы отопления нова купить
курсы ландшафтного дизайна в москве для начинающих рейтинг
купить билеты на спектакль близкие люди в уфе

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)