Максимальная прочность твердых тел, Хрупкое разрушение твердых тел, Хрупко-пластичное разрушение твердых тел.

Содержание
Введение
Глава 1.Максимальная прочность твердых тел
Глава 2. Хрупкое разрушение твердых тел
Глава 3. Хрупко-пластичное разрушение твердых тел
Заключение
Список литературы
Приложение

Максимальная прочность твердых тел, Хрупкое разрушение твердых тел, Хрупко-пластичное разрушение твердых тел.

Рис. 2. График зависимости напряжение - деформация.
При одноосном растяжении пластичность материала оценивается величиной удлинения, измеренной в момент разрушения. При растяжении пластичных материалов разрушению цилипдрического образца предшествует потеря устойчивости - равномерные удлинения и уменьшение поперечного сечения сменяются образованием шейки, которая представляет собой деформацию относительно небольшого участка образца. Такая локальная деформация оценивается величиной относительно уменьшения сечения ( - начало сечение образца, - сечение образца в шейке в момент разрушения). Наступление потери устойчивости материала зависит от чувствительности напряжения пластичного течения материала к скорости деформирования.[7]
При сложном напряжённом состоянии пластичная деформация появляется впервые, когда становится (где - интенсивность напряжений), т. н. условие Генки - Мизеса, или когда наибольшее напряжение (где - предел упругости при сдвиге) - условие Треска - Сен-Венана. При этом тензор деформации где тензор упругой деформации связан с напряжениями обобщённым законом Гука, а тензор пластичной деформации характеризует деформацию, которая сохраняется в окрестности рассматриваемой точки, когда все компоненты тензора напряжений при разгрузке обращаются в нуль.
Типичной является неоднозначность зависимости между напряжениями и упругопластичной деформациями: значения напряжений зависят не от текущих (мгновенных) значений деформации, а от того, в какой последовательности шло их изменение до достижения текущих значений, т. е. от процесса деформации.
Пластичность зависит от свойств материала - от характера межатомных связей, хим. и фазового состава, кристаллической структуры и микроструктуры, а также условий деформирования - температуры, величины и схемы приложенных сил (напряжённого состояния), скорости их приложения.
Пластичность не является физической или механической константой материала, а отражает его состояние.
Для оценки пластичности материалов в конкретных условиях обработки давлением (прокатка, ковка, штамповка, прессование и др.) пользуются различными технологическими пробами (число оборотов до разрушения при скручивании; угол загиба и количество перегибов; глубина погружения стандартного шарика в листовой материал - проба Эриксена; ударная вязкость и др.).
Связь между такими пробами и характеристиками, которые получают при стандартных механических испытаниях, найти не всегда просто.
Механизм пластического деформирования твердых тел в результате де­формаций сдвига был раскрыт в 1934 г. Дж. Тейлором, который первый пришел к мысли о существовании линейных дефектов в кристаллических решетках -дислокаций [4,78]. Дислокации зарождаются у кончиков трещин или иных кон­центраторов напряжений, они могут взаимодействовать друг с другом и суще­ственно при этом размножаться (источник Франка-Рида).
Процесс распространения дислокаций в кристалле математически был описан Я.И. Френкелем и Т.А. Канторовой [2]. Дальнейшей разработкой тео­рии дислокаций занимались и занимаются исследователи как у нас в стране, так и за рубежом [4,49].
В твердых телах типа горных пород пластические деформации начинаются при сравнительно небольших нагрузках. Среди множества хаотически распо­ложенных кристаллов всегда найдется некоторое число наименее выгодно ори­ентированных по отношению к внешним усилиям и имеющих внутренние де­фекты типа дислокаций. Эти кристаллики деформируются пластически уже при сравнительно небольших внешних усилиях. Число этих кристалликов сравни­тельно невелико и местные пластические деформации заметно не сказываются на общей зависимости между силой и перемещением, свойственной начальной стадии нагружения.
При больших внешних усилиях пластические деформации становятся пре­обладающими. Необратимые сдвиги происходят в большинстве кристаллов по наиболее слабым поверхностям, в особенности, если они имеют направление, близкое к поверхностям максимальных касательных напряжений. Это находит свое отражение в образовании полос скольжения (линии Чернова-Людерса) на полированных боковых поверхностях деформируемых породных образцов.
Заключение
При небольших глубинах расположения выработок и достаточно прочных вмещающих породах обеспечение их устойчивости не составляет особых затруднений. Как только же условие благоприятного сочетания глубины и прочности пород нарушается, обеспечение устойчивости выработок, в особенности подземных, приобретает черты сложной инженерной и научной проблемы.
Характерной особенностью выработок, находящихся на больших глубинах, является наличие зоны разрушенных пород, образующейся между упруго деформированной частью породного массива и его контуром (крепью). Эта зона, как правило, является замкнутой, она играет роль своеобразного демпфера, снижающего уровень напряжений в приконтурном пространстве.
Размеры зоны разрушения, величина смещений породного контура, наличие пучения пород почвы или динамических проявлений горного давления в немалой степени зависят от того, каким образом протекает процесс разрушения массива в окрестности выработки.
В результате приложения внешних сил в кристаллах возникают смеще­ния атомов не только на целое число позиций, но и происходит также некоторое искажение кристаллической решетки. Таким образом, наряду с пласти­ческой деформацией существует и упругая. Установлено, что пластическое деформирование в результате сдвига необратимо и протекает без изменения объема материала.
Любой материал, какой бы технологической обработке он ни подвергался, всегда обладает каким-либо несовершенствами: большим количеством вакансий или межузельных атомов, большой первоначальной плотностью дислокаций, микротрещинами, включениями, дефектами изготовления. Каждое из этих несовершенств определенным образом влияет на прочность детали, т.е. на развитие в ней трещины. До сороковых годов XX в. наличие дефектов в деталях машин или элементах конструкций при расчетах на прочность не учитывалось. Считалось, что при достижении предельного значения напряжения конструкция мгновенно разрушается, т.е. процесс развития трещин во внимание не принимался. Однако анализ катастроф гражданских и промышленных объектов в авиации, в морском судоходстве показал, что развитие трещины занимает значительный период, предшествующий не только пластическому разрушению, но и усталостному, и даже хрупкому. Во всех этих случаях разрушение происходило без заметных остаточных деформаций. Наблюдения показали, что развитие трещины – сложный процесс и знание его закономерностей имеет огромное значение для практики.
Список литературы
1. Баландин П.П. К вопросу о гипотезах прочности // Вестник инженера и техника.- 1937.- №1.- С. 19-24.
2. Броун И., Сроули Дж. Испытание высокопрочных металлических материалов на вязкость разрушения при плоской деформации.— М.: Мир, 1972.— 246 с.
3. Макклинток Ф., Аргон Е. Деформация и разрушение материалов.-М.: Мир, 1970.- 443 с.
4. Морозов Е.М. Полак Л.С., Фридман Я.Б. О вариационных принципах развития трещин в твердых телах // ДАН СССР.- 1964.- т. 156.- №3.-С. 537-540.
5. Панасюк В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами.— К.: Наукова думка, 1968.— 246 с.
6. Полак Л.С. Вариационные принципы механики, их развитие и применение в физике.- М.: Физматгиз, 1960.- 599 с.
7. Работнов Ю.Н. Механика разрушения.- М.: Наука, 1987.- 80 с.
8. Разрушение твердых тел.— М.: Металлургия, 1967.— 500 с.
9. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Пластичность горных пород.- М.: Недра, 1979.- 301 с.
10. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости.- М.: Наука, 1975.­576 с.
11. Кирничанский Г.Т. Элементы теории деформирования и разрушения горных пород.- К.: Наукова думка, 1999.- 179 с.
12. Коттлер А.Х. Теория зацепления в кристаллической решетке // Успехи физических наук.— М.: АН СССР.— 1952.— т.46.— №1.— С. 179-230.
13. Коттлер А.Х. Теоретические аспекты процесса разрушения.— М.: Мир, 1963.— С. 30-68.
14. Ужик Г.В. Сопротивление отрыву и прочность материалов.— М.: Изд-во АН СССР, 1935.— 252 с.
15. Френкель Я.И. Теория обратимых и необратимых трещин в твердых телах // Журнал технической физики. - 1952. - т.22. - Вып.11. - С.
16. Финкель В.М. Физика разрушения. Рост трещин в твердых телах.-М.: Металлургия, 1970.- 376 с.
17. Фридман Я.Б., Морозов Е.М. О вариационных принципах для механического разрушения // Изв. Вузов. Машиностроение.- 1962.-№4.- С. 56-71.
18. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов.- М.: Оборонгиз, 1952.­556 с.
Приложение
Таблица 1.
Некоторые значения предела прочности на растяжение,
кгс/мм2 (1 кгс/мм2=10 МН/м2)
s0
s0/E
Графит (нитевидный кристалл)
2400
0,024
Сапфир (нитевидный кристалл)
1500
0,028
Железо (нитевидный кристалл)
1300
0,044
Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали
420
0,02
Тянутая проволока из вольфрама
380
0,009
Стекловолокно
360
0,035
Мягкая сталь
60
0,003
Нейлон
50