Прочность тел зависит от – . .

ПРОЧНОСТЬ ТВЁРДЫХ ТЕЛ — это… Что такое ПРОЧНОСТЬ ТВЁРДЫХ ТЕЛ?

— в широком смысле способность твёрдых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластич. деформации) под действием внеш. нагрузок. В узком смысле — сопротивление разрушению. В зависимости от материала, вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.) и условий эксплуатации (темп-pa, время действия нагрузки и др.) в технике приняты разл. меры П. т. т. (предел текучести, временное сопротивление, предел усталости и т.

Рис. 1. Зависимость силы взаимодействия двух атомов от расстояния между ними.


Физическая природа прочности. П. т. т. обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами или ионами, составляющими тело. Напр., сила взаимодействия двух соседних атомов (если пренебречь влиянием окружающих атомов) зависит лишь от расстояния между ними (рис. 1). При равновесном расстоянии

r0 ~ 0,1 нм (1 ) эта сила равна нулю. При меньших расстояниях сила положительна и атомы отталкиваются, при больших — притягиваются. На критич. расстоянии сила притяжения по абс. величине максимальна и равна FT. Напр., если при растяжении цилинд-рич. стержня с поперечным сечением S0 действующая сила Р, направленная вдоль его оси, такова, что приходящаяся на данную пару атомов внеш. сила превосходит макс. силу притяжения FT, то атомы беспрепятственно удаляются друг от друга. Однако, чтобы тело разрушилось вдоль нек-рой поверхности, необходимо, чтобы все пары атомов, расположенные по обе стороны от рассматриваемой поверхности, испытывали действие силы, превосходящей FT. Напряжение, отвечающее силе F т, наз. теоретич. прочностью на разрыв s т (s
T
0,1 E, где E— модуль Юнга). Однако на практике наблюдается разрушение при нагрузке Р*, к-рой соответствует напряжение s = P*/S в 100-1000 раз меньше s т· Расхождение теоретич. П. т. т. с действительной объясняется неоднородностями структуры тела (границы зёрен в поликристаллич. материале, посторонние включения и др.), из-за к-рых нагрузка Р распределяется неравномерно по сечению тела.

Механизм разрушения. Если на участке поверхности малых размеров (но значительно превышающих сечение одного атома) локальное напряжение окажется больше s т, вдоль этой площадки произойдёт разрыв. Края разрыва разойдутся на расстояние, большее r к, на к-ром межатомные силы уже малы, и образуется микротрещина (рис. 2). Зарождению микротрещин при напряжении ниже sт способствуют термич. флуктуации.

Рис. 2. Трещина Гриффита; заштрихована область, в которой сняты напряжения. Стрелки указывают направление напряжения.


Локальные напряжения особенно велики у края образовавшейся трещины, где происходит концентрация напряжений, причём они тем больше, чем больше её размер. Если этот размер больше нек-рого критич. r с, на атомы у края трещины действует напряжение, превосходящее sт, и трещина растёт дальше по всему сечению тела с большой скоростью — наступает разрушение. Величина r с определяется из условия, что освободившаяся при росте трещины упругая энергия материала покрывает затраты энергии на образование новой поверхности трещины: (где g — энергия единицы поверхности материала). Прежде чем возрастающее внеш. усилие достигнет необходимой для разрушения величины, отд. группы атомов, особенно входящие в состав дефектов в кристаллах, обычно испытывают перестройки, при к-рых локальные напряжения уменьшаются («релаксируют»). В результате происходит необратимое изменение формы тела — пластич. деформация; ей также способствуют термич. флуктуации. Разрушению всегда предшествует большая пли меньшая пластич. деформация. Поэтому при оценке

r с в энергию g должна быть включена работа пластич. деформации у Р. Если пластич. деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объёме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без за-метных следов пластич. деформации наз. хрупким. Характер разрушения проявляется в структуре поверхности излома. В кристаллич. телах хрупкому разрушению отвечает скол по кристаллографич. плоскостям спайности, вязкому — слияние микропустот и скольжение. При низкой темп-ре разрушение преим. хрупкое, при высокой — вязкое. Темп-pa перехода от вязкого к хрупкому разрушению наз. критич. темп-рой хладноломкости.

Поскольку разрушение есть процесс зарождения и роста трещин и пор, оно характеризуется скоростью или временем от момента приложения нагрузки до момента разрыва, т. е. долговечностью материала. Исследования мн. кристаллич. и аморфных тел показали, что в широком интервале темп-р

Т и напряжений s, приложенных к образцу, долговечность при растяжении определяется соотношением


где прибл. равно периоду тепловых колебаний атомов в твёрдом теле (10-12 с), энергия U0 близка к энергии сублимации материала, активац. объём V составляет обычно неск. тысяч атомных объёмов и зависит от структуры материала, сформировавшейся в процессе предварительной термич. и механич. обработки и во время нагружения. При низких темп-pax долговечность очень резко падает с ростом напряжения, так что прп любых важных для практики значениях существует почти постоянное предельное значение напряжения выше к-рого образец разрушается практически мгновенно, а ниже — живёт неограниченно долго. Это значение s0 можно считать прочности пределом (табл.).

Некоторые значения предела прочности на растяжение,

кгс/мм 2 (1 кгс/мм 2=10 МН/м 2)

Графит (нитевидный кристалл)

Сапфир (нитевидный кристалл)

Железо (нитевидный кристалл)

Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали

Тянутая проволока из вольфрама

Стекловолокно

Время затрачивается на ожидание термофлуктуац. зарождения микротрещин и на их рост до критич. размера . Когда к образцу прикладывают напряжение s, он деформируется сначала упруго, затем пластически, причём около структурных неоднородностей, имевшихся в исходном состоянии или возникших при пластич. деформации, образуются большие локальные напряжения (напр., в кристаллах — в результате скопления дислокаций). В этих местах зарождаются микротрещины. Их концентрация может быть очень большой (напр., в нек-рых ориентиров. полимерах до 1015 трещин в 1 см 3). Однако их размеры, определяемые масштабом структурных неоднородностей, значительно меньше . Под пост. напряжением размеры и концентрация трещин растут медленно и тело не разрушается, пока случайно (напр., в результате последоват. слияния близко расположенных соседних трещин) одна из них не дорастёт до критич. размера. Поэтому при создании прочных материалов следует заботиться не столько о том, чтобы трещины не зарождались, сколько о том, чтобы они не росли.

Случайное распределение структурных неоднородностей по объёму образца, по размерам и по степени прочности и случайный характер термин. флуктуации приводят к разбросу значений долговечности (а также предела П. т. т.) при испытаниях одинаковых образцов при заданных значениях и Т. Вероятность встретить в образце «слабое» место тем больше, чем больше его объём. Поэтому П. т. т. (разрушающее напряжение) малых образцов (напр., тонких нитей) выше, чем больших из того же материала (т. н. масштабный эффект). Участки с повышенным напряжением, где легче зарождаются микротрещины, встречаются чаще у поверхности (выступы, царапины). Поэтому полировка поверхности и защитные покрытия повышают П. т. т. Напротив, в агрессивных средах П. т. т. понижена.

Лит.: Гуль В. Е., Структура и прочность полимеров, 3 изд., М., 1978; Разрушение, пер. с англ., т. 1, М., 1973; Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974.

А. Н. Орлов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

dic.academic.ru

Прочность твёрдых тел — Физическая энциклопедия

ПРОЧНОСТЬ ТВЁРДЫХ ТЕЛ — в широком смысле способность твёрдых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластич. деформации) под действием внеш. нагрузок. В узком смысле — сопротивление разрушению. В зависимости от материала, вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.) и условий эксплуатации (темп-pa, время действия нагрузки и др.) в технике приняты разл. меры П. т. т. (предел текучести, временное сопротивление, предел усталости и т.д.). Разрушение твёрдого тела — сложный процесс, зависящий от мн. факторов, поэтому величины, определяющие П. т. т., являются условными.

Рис. 1. Зависимость силы взаимодействия двух атомов от расстояния между ними.


Физическая природа прочности. П. т. т. обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами или ионами, составляющими тело. Напр., сила взаимодействия двух соседних атомов (если пренебречь влиянием окружающих атомов) зависит лишь от расстояния между ними (рис. 1). При равновесном расстоянии r0 ~ 0,1 нм (1 ) эта сила равна нулю. При меньших расстояниях сила положительна и атомы отталкиваются, при больших — притягиваются. На критич. расстояниисила притяжения по абс. величине максимальна и равна FT. Напр., если при растяжении цилинд-рич. стержня с поперечным сечением S0 действующая сила Р, направленная вдоль его оси, такова, что приходящаяся на данную пару атомов внеш. сила превосходит макс. силу притяжения FT, то атомы беспрепятственно удаляются друг от друга. Однако, чтобы тело разрушилось вдоль нек-рой поверхности, необходимо, чтобы все пары атомов, расположенные по обе стороны от рассматриваемой поверхности, испытывали действие силы, превосходящей FT. Напряжение, отвечающее силе F т, наз. теоретич. прочностью на разрыв s т (sT0,1 E, где E — модуль Юнга). Однако на практике наблюдается разрушение при нагрузке Р*, к-рой соответствует напряжение s = P*/S в 100-1000 раз меньше s т· Расхождение теоретич. П. т. т. с действительной объясняется неоднородностями структуры тела (границы зёрен в поликристаллич. материале, посторонние включения и др.), из-за к-рых нагрузка Р распределяется неравномерно по сечению тела.

Механизм разрушения. Если на участке поверхности малых размеров (но значительно превышающих сечение одного атома) локальное напряжение окажется больше s т, вдоль этой площадки произойдёт разрыв. Края разрыва разойдутся на расстояние, большее rк, на к-ром межатомные силы уже малы, и образуется микротрещина (рис. 2). Зарождению микротрещин при напряжении ниже sт способствуют термич. флуктуации.

Рис. 2. Трещина Гриффита; заштрихована область, в которой сняты напряжения. Стрелки указывают направление напряжения.


Локальные напряжения особенно велики у края образовавшейся трещины, где происходит концентрация напряжений, причём они тем больше, чем больше её размер. Если этот размер больше нек-рого критич. rс, на атомы у края трещины действует напряжение, превосходящее sт, и трещина растёт дальше по всему сечению тела с большой скоростью — наступает разрушение. Величина rс определяется из условия, что освободившаяся при росте трещины упругая энергия материала покрывает затраты энергии на образование новой поверхности трещины: (где g — энергия единицы поверхности материала). Прежде чем возрастающее внеш. усилие достигнет необходимой для разрушения величины, отд. группы атомов, особенно входящие в состав дефектов в кристаллах, обычно испытывают перестройки, при к-рых локальные напряжения уменьшаются («релаксируют»). В результате происходит необратимое изменение формы тела — пластич. деформация; ей также способствуют термич. флуктуации. Разрушению всегда предшествует большая пли меньшая пластич. деформация. Поэтому при оценке rс в энергию g должна быть включена работа пластич. деформации уР. Если пластич. деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объёме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без за-метных следов пластич. деформации наз. хрупким. Характер разрушения проявляется в структуре поверхности излома. В кристаллич. телах хрупкому разрушению отвечает скол по кристаллографич. плоскостям спайности, вязкому — слияние микропустот и скольжение. При низкой темп-ре разрушение преим. хрупкое, при высокой — вязкое. Темп-pa перехода от вязкого к хрупкому разрушению наз. критич. темп-рой хладноломкости.

Поскольку разрушение есть процесс зарождения и роста трещин и пор, оно характеризуется скоростью или временемот момента приложения нагрузки до момента разрыва, т. е. долговечностью материала. Исследования мн. кристаллич. и аморфных тел показали, что в широком интервале темп-р Т и напряжений s, приложенных к образцу, долговечность при растяжении определяется соотношением


гдеприбл. равно периоду тепловых колебаний атомов в твёрдом теле (10-12 с), энергия U0 близка к энергии сублимации материала, активац. объём V составляет обычно неск. тысяч атомных объёмов и зависит от структуры материала, сформировавшейся в процессе предварительной термич. и механич. обработки и во время нагружения. При низких темп-pax долговечность очень резко падает с ростом напряжения, так что прп любых важных для практики значенияхсуществует почти постоянное предельное значение напряжения выше к-рого образец разрушается практически мгновенно, а ниже — живёт неограниченно долго. Это значение s0 можно считать прочности пределом (табл.).

Некоторые значения предела прочности на растяжение,

кгс/мм2 (1 кгс/мм2=10 МН/м2)

Графит (нитевидный кристалл)

Сапфир (нитевидный кристалл)

Железо (нитевидный кристалл)

Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали

Тянутая проволока из вольфрама

Стекловолокно

Времязатрачивается на ожидание термофлуктуац. зарождения микротрещин и на их рост до критич. размера . Когда к образцу прикладывают напряжение s, он деформируется сначала упруго, затем пластически, причём около структурных неоднородностей, имевшихся в исходном состоянии или возникших при пластич. деформации, образуются большие локальные напряжения (напр., в кристаллах — в результате скопления дислокаций). В этих местах зарождаются микротрещины. Их концентрация может быть очень большой (напр., в нек-рых ориентиров. полимерах до 1015 трещин в 1 см3). Однако их размеры, определяемые масштабом структурных неоднородностей, значительно меньше . Под пост. напряжением размеры и концентрация трещин растут медленно и тело не разрушается, пока случайно (напр., в результате последоват. слияния близко расположенных соседних трещин) одна из них не дорастёт до критич. размера. Поэтому при создании прочных материалов следует заботиться не столько о том, чтобы трещины не зарождались, сколько о том, чтобы они не росли.

Случайное распределение структурных неоднородностей по объёму образца, по размерам и по степени прочности и случайный характер термин. флуктуации приводят к разбросу значений долговечности (а также предела П. т. т.) при испытаниях одинаковых образцов при заданных значенияхи Т. Вероятность встретить в образце «слабое» место тем больше, чем больше его объём. Поэтому П. т. т. (разрушающее напряжение) малых образцов (напр., тонких нитей) выше, чем больших из того же материала (т. н. масштабный эффект). Участки с повышенным напряжением, где легче зарождаются микротрещины, встречаются чаще у поверхности (выступы, царапины). Поэтому полировка поверхности и защитные покрытия повышают П. т. т. Напротив, в агрессивных средах П. т. т. понижена.

Лит.: Гуль В. Е., Структура и прочность полимеров, 3 изд., М., 1978; Разрушение, пер. с англ., т. 1, М., 1973; Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974.

А. Н. Орлов.

      Предметный указатель      >>   

www.femto.com.ua

Прочность — твердое тело — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Прочность — твердое тело

Cтраница 1

Прочность твердых тел — величина, пропорциональная их поверхностной энергии. Поэтому всякое снижение поверхностной энергии твердого тела уменьшает его прочность.  [1]

Прочность твердого тела обусловлена силами сцепления между отдельными его частицами. При деформации тела, вызванной действием приложенных к нему внешних сил, величины внутренних сил изменяются. В дальнейшем при определении внутренних сил будем подразумевать не их абсолютные значения, а только те изменения, которые вызваны действующими на тело нагрузками. При возрастании внешних сил увеличиваются и внутренние силы, но лишь до определенного предела, при превышении которого наступает разрушение. Это предельное значение внутренних сил-зависит от физико-механических свойств материала данного тела.  [2]

Прочность твердого тела обусловлена силами сцепления между отдельными его частицами. При деформации тела, вызванной действием приложенных к нему внешних сил, величины внутренних сил изменяются. В дальнейшем при определении внутренних сил будем подразумевать не их абсолютные значения, а только те изменения, которые вызваны действующими на тело нагрузками. При возрастании внешних сил увеличиваются и внутренние силы, но лишь до определенного предела, при превышении которого наступает разрушение.  [3]

Прочность твердого тела обусловлена силами сцепления между отдельными его частицами. При деформации тела, вызванной действием приложенных к нему внешних сил, внутренние силы изменяются.  [4]

Прочность твердых тел характеризуется величиной предельных напряжений, которые могут быть созданы в опасном сечении тела.  [5]

Прочность твердого тела, имеющего идеальную кристаллическую структуру, называется теоретической и может быть рассчитана. Измеренная на практике реальная ( техническая) прочность кристаллов в сотни и тысячи раз меньше теоретической. Физиками было сделано предположение, что кристаллическая структура твердых тел несовершенна. Позднее это предположение подтвердилось электронно-микроскопическими наблюдениями. Несовершенства кристаллической структуры включают тепловые колебания, точечные, линейные и поверхностные дефекты.  [6]

Прочность твердого тела обусловлена силами сцепления между отдельными его частицами. При деформации тела, вызванной действием приложенных к нему внешних сил, внутренние силы изменяются.  [7]

Прочность твердых тел является результатом сил сцепления между атомами, составляющими тело. Природа этих сил идентична с природой сил химич. Однако наблюдаемая в действительности прочность материалов имеет значения во много раз меньшие, чем те, которые следовало бы ожидать, если исходить из теоретически исчисляемых величин между атомного сцепления, с одной стороны, и величин напряжение находимых по правилам сопротивления материалов или теории упругости, с другой. Значения напряжений, получаемые расчетом по методам этих дисциплин, исходящих в своем построении из гипотезы идеальной однородности и упругости тела, должны рассматриваться лишь как некоторые статистич. При этом от средних значений возможны весьма большие отклонения или перенапряжения.  [8]

Прочность твердых тел является результатом наличия сил взаимодействия между частицами, из которых состоит тело. В инженерной практике под прочностью материалов понимают их способность сопротивляться разрушению, а в более широком смысле и способность сопротивляться наступлению пластической деформации. Количественно прочность оценивают напряжениями, при которых наступает разрушение материала. Теоретиче — екая прочность, вычисленная в предположении одновременного мгновенного разрыва частиц тела, в десятки и сотни раз выше реальной прочности поликристаллических тел, какими являются большинство металлов. В действительности нарушение связей идет постепенно и разрыв частиц происходит неодновременно, поэтому прочность не только является свойством материала, но и зависит от размеров и формул образца, а также от свойств и действия нагружающего устройства.  [9]

Прочность твердых тел зависит от нарушений их сплошности: трещин, мик-ропор, скоплений дислокаций и других зародышей процесса разрушения. При небольших концентрациях зародышей, малых по сравнению с длиной волны, линейные акустические характеристики ( затухание и скорость звука) обычно малочувствительны к дефектам структуры. Напротив, нелинейность структурно-неоднородных материалов может намного ( на два-три порядка) превышать их обычную молекулярную нелинейность.  [11]

Прочность твердого тела может быть рассчитана теоретически. Для этого необходимо знать структуру кристалла и характер сил, действующих между частицами, находящимися в узлах кристаллической решетки. По сути дела такая задача может быть решена лишь в случае идеального монокристалла.  [12]

Прочность твердых тел обусловлена электрическими силами взаимодействия атомов и ионов.  [13]

Прочность твердых тел объясняется силами молекулярного притяжения.  [14]

Трактуя прочность твердых тел как сопротивление их механическому разрушению, Шрейнер36 определяет твердость как местную прочность на вдавливание с соответствующим данному виду деформации характером напряженного состояния.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Прочность

Навигация:

Библиотека DJVU
Photogallery

БСЭ

Статистика:


Значение слова «Прочность» в Большой Советской Энциклопедии


Прочность твёрдых тел, в широком смысле — свойство твёрдых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием
Рис. 2. Трещина Гриффита. Стрелки указывают направление растяжения; заштрихована область, в которой сняты напряжения.
внешних нагрузок. В узком смысле — сопротивление разрушению.

  В зависимости от материала, вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.) и условий эксплуатации (температура, время действия нагрузки и др.) в технике приняты различные меры Прочность (предел текучести, временное сопротивление, предел усталости и др.). Разрушение твёрдого тела — сложный процесс, зависящий от перечисленных и многих др. факторов, поэтому технические меры Прочность — условные величины и не могут считаться исчерпывающими характеристиками.

  Физическая природа прочности. Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами и ионами, составляющими тело. Эти силы зависят главным образом от взаимного расположения атомов. Например, сила взаимодействия двух соседних атомов (если пренебречь влиянием окружающих атомов) зависит лишь от расстояний между ними (рис. 1). При равновесном расстоянии ro ~ 10 нм эта сила равна нулю. При меньших расстояниях сила положительна и атомы отталкиваются, при больших — притягиваются. На критическом расстоянии rk сила притяжения по абсолютной величине максимальна и равна Fт. Например, если при растяжении цилиндрического стержня с поперечным сечением So действующая сила Р, направленная вдоль его оси, такова, что приходящаяся на данную пару атомов внешняя сила превосходит максимальную силу притяжения Fт, то последние беспрепятственно удаляются друг от друга. Однако, чтобы тело разрушилось вдоль некоторой поверхности, необходимо, чтобы все пары атомов, расположенные по обе стороны от рассматриваемой поверхности, испытывали силу, превосходящую Fт. Напряжение, отвечающее силе Fт, называется теоретической прочностью на разрыв st (st » 0,1 Е, где Е — модуль Юнга). Но на опыте наблюдается разрушение при нагрузке Р*, которой соответствует напряжение s = P*/S, в 100-1000 раз меньшее st. Расхождение теоретической Прочность с действительной объясняется неоднородностями структуры тела (границы зёрен в поликристаллическом материале, посторонние включения и др.), из-за которых нагрузка Р распределяется неравномерно по сечению тела.

  Механизм разрушения. Зарождению микротрещин при напряжении ниже st способствуют термической флуктуации. Если на участке поверхности S малых размеров (но значительно превышающем сечение одного атома) локальное напряжение окажется больше st, вдоль этой площадки произойдёт разрыв. Края разрыва разойдутся на расстояние, большее rk, на котором межатомные силы уже малы, и образуется трещина (рис. 2). Локальные напряжения особенно велики у края образовавшейся трещины, где происходит концентрация напряжений, причём они тем больше, чем больше её размер. Если этот размер больше некоторого критического rc, на атомы у края трещины действует напряжение, превосходящее sт, и трещина растет дальше по всему сечению тела с большой скоростью — наступает разрушение. rc определяется из условия, что освободившаяся при росте трещины упругая энергия материала покрывает затраты энергии на образование новой поверхности трещины: rc » Еg / s2 (где g энергия единицы поверхности материала). Прежде чем возрастающее внешнее усилие достигнет необходимой для разрушения величины, отдельные группы атомов, особенно входящие в состав дефектов в кристаллах, обычно испытывают перестройки, при которых локальные напряжения уменьшаются («релаксируют»). В результате происходит необратимое изменение формы тела — пластическая деформация; ей также способствуют термической флуктуации. Разрушению всегда предшествует большая или меньшая пластическая деформация. Поэтому при оценке rc в энергию g должна быть включена работа пластической деформации gР, которая обычно на несколько порядков больше истинной поверхностной энергии g. Если пластическая деформация велика не только вблизи поверхности разрушения, но и в объёме тела, то разрушение вязкое. Разрушение без заметных следов пластической деформации называется хрупким. Характер разрушения проявляется в структуре поверхности излома, изучаемой фрактографией. В кристаллических телах хрупкому разрушению отвечает скол по кристаллографическим плоскостям спайности, вязкому — слияние микропустот (на фрактограммах выявляются в виде чашечек) и скольжение. При низкой температуре разрушение преимущественно хрупкое, при высокой — вязкое. температура перехода от вязкого к хрупкому разрушению называется критической температурой хладноломкости.

  Поскольку разрушение есть процесс зарождения и роста трещин, оно характеризуется скоростью или временем t от момента приложения нагрузки до момента разрыва, т. е. долговечностью материала. Исследования многих кристаллических и аморфных тел показали, что в широком интервале температур Т (по абсолютной шкале) и напряжений s, приложенных к образцу, долговечность t при растяжении определяется соотношением

     (1)

где t0 — приблизительно равно периоду тепловых колебаний атомов в твёрдом теле (10-12сек), энергия U0 близка к энергии сублимации материала, активационный объём V составляет обычно несколько тысяч атомных объёмов и зависит от структуры материала, сформировавшейся в процессе предварительной термической и механической обработки и во время нагружения, k = 1,38 ×10-16эрг/град — постоянная Больцмана. При низких температурах долговечность очень резко падает с ростом напряжения, так что при любых важных для практики значениях t существует почти постоянное предельное значение напряжения s0, выше которого образец разрушается практически мгновенно, а ниже — живёт неограниченно долго. Это значение s0 можно считать пределом прочности (см. табл.).

 

  Некоторые значения прочности на растяжение, s0 в кгс/мм2 (1 кгс/мм2= 10 Мн/м2)


Материалы

s0

s0/Е

Графит (нитевидный кристалл)

Сапфир (нитевидный кристалл)

Железо (нитевидный кристалл)

Тянутая проволока из высокоуглеродистой стали

Тянутая проволока из вольфрама

Стекловолокно

Мягкая сталь

Нейлон


2400

1500

1300

420

380

360

60

50


0,024

0,028

0,044

0,02

0,009

0,035

0,003


 

  Время t затрачивается на ожидание термофлуктуационного зарождения микротрещин и на их рост до критического размера rc. Когда к образцу прикладывают напряжение s, он деформируется сначала упруго, затем пластически, причём около структурных неоднородностей, имевшихся в исходном состоянии или возникших при пластической деформации, возникают большие локальные напряжения (в кристаллах в голове заторможенных сдвигов — скоплений дислокаций). В этих местах зарождаются микротрещины. Их концентрация может быть очень большой (например, в некоторых ориентированных полимерах до 1015 трещин в 1 см3). Однако при этом их размеры, определяемые масштабом структурных неоднородностей, значительно меньше rc. Трещины не растут, и тело не разрушается, пока случайно, например благодаря последовательному слиянию близко расположенных соседних микротрещин, одна из них не дорастет до критического размера. Поэтому при создании прочных материалов следует заботиться не столько о том, чтобы трещины не зарождались, сколько о том, чтобы они не росли.

  Случайное распределение структурных неоднородностей по объёму образца, по размерам и по степени прочности и случайный характер термических флуктуаций приводят к разбросу значений долговечности (а также предела Прочность s0) при испытаниях одинаковых образцов при заданных значениях s и Т. Вероятность встретить в образце «слабое» место тем больше, чем больше его объём. Поэтому Прочность (разрушающее напряжение) малых образцов (например, тонких нитей) выше, чем больших из того же материала (т. н. масштабный эффект). Участки с повышенным напряжением, где легче зарождаются микротрещины, встречаются чаще у поверхности (выступы, царапины). Поэтому полировка поверхности и защитные покрытия повышают Прочность Напротив, в агрессивных средах Прочность понижена.

  Меры повышения прочности. При создании высокопрочных материалов стремятся в первую очередь повысить сопротивление пластической деформации. В кристаллических телах это достигается либо за счёт снижения плотности дефектов (Прочность нитевидных кристаллов, лишённых подвижных дислокаций, достигает теоретической), либо за счёт предельно большой плотности дислокаций в мелкодисперсном материале. Второе требование — большое сопротивление разрушению — сводится к выбору материала с высокой теоретической Прочность sт = 0,1 Е. Создать материалы с модулем Юнга Е, превышающим максимальные встречающиеся в природе значения, можно искусственно, путем применения высоких давлений; однако в этом направлении делаются лишь первые шаги. Большие значения sт затрудняют зарождение микротрещин. Чтобы предотвратить их рост, материал должен быть достаточно пластичным. Тогда у вершины трещины необходимые для её роста высокие напряжения рассасываются за счёт пластической деформации. Сочетание высокой Прочность и пластичности достигается в сплавах термомеханической обработкой, в композитах — подбором материала волокон и матрицы, объёмной доли и размера волокон. Трещина, возникшая в прочной (обычно хрупкой) фазе сплава или в волокне композита, останавливается у границы с пластичной матрицей. Поэтому важной характеристикой высокопрочных материалов является сопротивление распространению трещины, или вязкость разрушения. При механическом измельчении материалов требуется пониженная Прочность Она достигается воздействием поверхностно-активных сред (органические вещества, вода).

 

  Лит.: Разрушение, пер. с англ., под ред. А. Ю. Ишлинского, т. 1, М., 1973; Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М., 1962; Гуль В. Е., Структура и прочность полимеров, 2 изд., М., 1971; Механические свойства новых материалов, пер. с англ., под ред. Г. И. Баренблатта, М., 1966; Инденбом В. Л., Орлов А. Н., Проблема разрушения в физике прочности, «Проблемы прочности», 1970, № 12, с. 3; Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., Кинетическая природа прочности твердых тел, М., 1974.

  А. Н. Орлов.


Рис. 2. Трещина Гриффита. Стрелки указывают направление растяжения; заштрихована область, в которой сняты напряжения.


Рис. 1. Зависимость силы взаимодействия двух атомов от расстояния между ними.

Статья про слово «Прочность» в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 5354 раз

Интересное


bse.sci-lib.com

Механическая прочность — твердое тело

Механическая прочность — твердое тело

Cтраница 1


Механическая прочность твердых тел обусловлена длительностью нагружешш. На это обстоятельство указывают уже тривиальные испытания образцов на разрывной машине при различных постоянных скоростях деформирования.  [2]

Механическая прочность твердых тел определяется силами взаимодействия элементарных частиц ( молекул, атомов, ионов), зависящими от строения этих часта и от расстояний между ними. При соединении между собой двух или большего числа твердых тел для обеспечения прочности места контакта необходимо сблизить соединяемые ( свариваемые) материалы настолько, чтобы расстояние между элементарными частицами их было соизмеримо с периодом кристаллической решетки свариваемых материалов. Это обеспечивается механическим сдавливанием свариваемых материалов или переводом их у места контакта в жидкое состояние.  [3]

Механическая прочность твердого тела непосредственно связана с удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением.  [4]

Механическая прочность твердых тел определяется силами взаимодействия между частицами: причем в телах с гетерополярными кристаллическими решетками — силами взаимодействия между ионами, в веществах с ковалентными связями ( например, в алмазе или в пространственных полимерах) — силами взаимодействия между атомами и.  [5]

Для расчета максимального ( теоретического) значения механической прочности твердых тел исходят из зависимости потенциальной энергии Е системы от расстояния г между взаимодействующими центрами ( или от сил F, получаемых дифференцированием Е по г), а также из равенства сил притяжения и отталкивания в состоянии равновесия ( рис. 11, стр.  [6]

Наличие дислокаций снижает плотность кристалла, увеличивает внутреннее трение и уменьшает значения упругих модулей. Механическая прочность твердых тел зависит от дислокаций.  [7]

Исходным уравнением для оценки теоретического значения механической прочности твердых тел является зависимость потенциальной энергии системы от расстояния между взаимодействующими центрами, а также равенство сил притяжения и отталкивания в состоянии равновесия.  [8]

Каковы бы ни были технические перспективы доведения механической ( и электрической) прочности и диэлектрической постоянной до их теоретического предела, самый факт столь значительного расширения пределов использования материалов достаточно интересен. Поскольку экспериментально обнаружен и твердо установлен факт возрастания механической прочности твердых тел, ясно, что раньше или позже он будет использован техникой, войдет в жизнь. Наш долг состоит в том, чтобы это произошло раньше, а не позже.  [9]

Каковы бы ни были технические перспективы доведения механической ( и электрической) прочности и диэлектрической постоянной до их теоретического предела, самый факт столь значительного расширения пределов использования материалов достаточно интересен. Поскольку экспериментально обнаружен и твердо установлен факт возрастания механической прочности твердых тел, ясно, что раньше или позже он будет использован техникой, войдет в жизнь. Наш долг состоит в том, это произошло раньше, а не позже.  [10]

Коль скоро мы обращаемся к задаче исследования процесса распада напряженных межатомных связей, то естественно возникает один из основных вопросов механики молекулярного разрушения: вопрос о величине истинных усилий, действовавших на связи и подготавливавших их распад. До самого последнего времени в распоряжении экспериментатора, изучавшего механическую прочность твердых тел, были почти исключительно лишь сведения о величине внешних нагрузок.  [11]

Статья опубликована в немецком журнале: Z. Она открывает собой серию статей, в которых излагаются результаты исследований, проводившихся в Физико-техническом институте и приведших к выяснению влияния, оказываемого масштабным фактором на механическую прочность твердых тел. На основе этих исследований была построена статистическая теория хрупкой прочности. Этим же вопросам посвящены и две последующие статьи ( см. также стр.  [12]

При очень больших интенсивностях гиперзвуковых волн создаются большие высокочастотные переменные механические напряжения. Кроме того, гиперзвуковые волны очень быстро затухают, передавая свою энергию тепловым колебаниям решетки, что эквивалентно сильному локальному разогреву твердого тела. Предельные интенсивности здесь определяются пределом механической прочности твердых тел. При нынешнем уровне лазерной техники эти предельные интенсивности, вероятно, уже достигнуты и — даже превзойдены.  [13]

Настоящая монография посвящена рассмотрению влияния теплового движения на разрушение твердых тел, нагруженных механическими усилиями. Излагаются результаты исследования этой проблемы как феноменологическими методами, так и целым комплексом прямых физических методов. В итоге устанавливается новая, кинетическая природа механической прочности твердых тел, обусловленная решающей ролью теплового движения атомов в процессе разрушения.  [14]

Уровень достижений в области получения твердых материалов с улучшенными свойствами сейчас высок. Однако эти достижения были бы невозможны без научно обоснованного подхода к проблеме улучшения механических свойств. Оказалось, что механическая прочность твердых тел зависит, главным образом, от дислокаций и что небольшие нарушения в расположении атомов кристаллической решетки приводят к резкому изменению такого структурно чувствительного свойства, как сопротивление пластической деформации.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Металлы временная зависимость прочност — Справочник химика 21

    Временная зависимость прочности при статической нагрузке называется статической усталостью материала, временная зависимость прочности при динамической нагрузке — динамической усталостью материала. Часто оба эти явления называют утомлением материала. Явления статической и динамической усталости наблюдаются при деформации металлов, силикатных стекол, пластических масс, волокон, резин и других материалов, в связи е чем было введено понятие долговечности. [c.192]
    В соответствии с современными представлениями прочность твердого тела в значительной мере определяется наличием и характером различных дефектов как на поверхности, так и внутри тела. При этом решающее влияние на прочность оказывают температура, приложенное напряжение и время действия нагрузки. Временная зависимость прочности твердых тел проявляется практически для всех материалов силикатных стекол, полимеров, металлов и т. д. [c.109]

    В хрупких аморфных твердых телах в процессе нагружения не возникают дислокационные сдвиги, как у металлов. Поэтому и механизм действия поверхно стно-активной среды в этих случаях более простой. На рис. 22 изображена временная зависимость прочности силикатного стекла в атмосферных условиях (кривая /) и в вакууме (кривые [c.41]

    В работах [10, 11] изложены результаты исследования длительной прочности различных металлов, сплавов и полимеров в стеклообразном состоянии. В этих работах было установлено, что в широком диапазоне времен нагружения в области температур, при которых в процессе деформирования структура материалов существенно не изменяется, временная зависимость прочности твердых тел хорошо описывается уравнением  [c.74]

    Недостатком теории Гриффита является то, что она не учитывает термофлуктуационные процессы, развивающиеся в полимерах при деформации, влияние которых зависит от времени приложения напряжения и скорости его действия. Многочисленные исследования показали, что при данном разрушающем напряжении прочность тела зависит от времени действия нагрузки. Временная зависимость прочности, получившая название статической усталости, наблюдается в металлах, ионных кристаллах, силикатных стеклах, полимерах, т. е. в материалах различной природы и структуры. [c.216]

    В многочисленных работах было показано, что существование временной зависимости прочности является не случайным фактом, характерный лишь для некоторых материалов (как предполагали раньше), а наблюдается для всех твердых тел (полимерных и неполимерных) и связано с самой природой разрушения. Долговечность всех испытанных материалов (металлов, пластмасс, волокон и др.) экспоненциально уменьшается с ростом напряжения (при статическом нагружении) и зависит от температуры и свойств материала. При постоянной температуре долговечность (по Журкову) определяется следующим соотношением  [c.141]


    Исследованию температурно-временной зависимости прочности металлов и сплавов посвящено значительное количество работ. Указания на явление временной зависимости прочности металлов имелись уже давно, например, в работах [27, 45—48], однако систематические исследования этого явления начаты только с 1953 г. в работах [68, 91, 92, ИЗ—156]. [c.66]

    Обширными исследованиями температурно-временной зависимости прочности металлов, сплавов и полимеров было установлено, что между временем до разрушения образцов, растягивающим напряжением и температурой опыта имеется однозначная связь, которая выражается уравнением  [c.75]

    В заключение следует заметить, что температурно-временная зависимость прочности не является исключительной особенностью полимеров. Она имеет место и для других типов материалов, но отличается механизмом процесса разрушения (например, для металлов разрушение обусловлено процессом распада кристаллов, что проявляется в значении величины Uq, равной энергии сублимации). Однако у полимеров температурно-временная зависимость прочности выражена особенно ярко по сравнению с другими материалами и поэтому приобретает большое значение. [c.276]

    Однако эти гипотезы, высказанные достаточно давно, не могут в настоящее время претендовать на исчерпывающее объяснение временной зависимости прочности у широкого круга веществ. Трудно допустить, например, чтобы химическое воздействие среды могло быть общей причиной временных эффектов прочности. Тот факт, что зависимость прочности от времени наблюдается у большого числа различных веществ резин, пластмасс, стекол, фарфора, металлов, ионных кристаллов и других веществ с различными физико-химическими свойствами,— делает маловероятными объяснения, основанные на представлении об определяющей роли внешнего химического воздействия на разрушение. Даже если учесть только исследования, проведенные в атмосферных условиях, перечисленные вещества обладают различной стойкостью по отношению к компонентам, входящим в состав воздуха. Тем не менее, как в случае материалов малоустойчивых, так и стойких по отношению к окружающей среде, временная зависимость прочности наблюдается. Влияние окружающей среды на прочность в ряде случаев несомненно имеет место [70, 71], однако универсальность временных эффектов позволяет утверждать, что воздействие среды не может быть их общей причиной. Эти соображения, как будет показано ниже, подтверждаются прямыми опытами, в которых временная зависимость прочности обнаружена и при испытаниях в вакууме и инертных средах [99, 101, 102]. [c.14]

    Испытания на электродинамической разрывной машине дают возможность получить сведения о временной зависимости прочности в области малых времен, от нескольких секунд до нескольких миллисекунд. Поскольку измерения производятся в режиме постоянной силы, полученные результаты непосредственно дают зависимость времени жизни напряженного образца от нагрузки или от величины условного напряжения. При малых разрывных деформациях, как это имеет место для жестких наклепанных металлов и хрупких полимеров, условное и истинное напряжения практически совпадают. В случае сильно деформи- [c.34]

    К настоящему времени в результате этих исследований температурно-временная зависимость прочности обнаружена на большом числе металлов и сплавов, различных по своему кристаллографическому строению, исходной дислокационной структуре, дефектности и физико-механическим свойствам. [c.67]

    Дальнейшее развитие исследований температурно-временной зависимости прочности металлов и сплавов было направлено на выяснение влияния структуры металла и легирующих добавок на основные параметры уравнения (4) то, Uq, у, определяющие долг

www.chem21.info