В табл. 9.1 приведены заимствованные из работ [12—75] значения удельной энергии разрушения различных видов G и значения коэффициента интенсивности напряжений К полимерных материалов. Хотя в табл. 9.1 указаны также экспериментальные методы, основные условия проведения испытаний и качественное описание полученных результатов, в дальнейшем попытаемся обсудить их некоторые особенности на молекулярном уровне.[1, С.342]
Координаты г и ф показаны на рис. 9.1. Ki определяет интенсивность поля напряжений без учета характера его распределения в пространстве. Поэтому он называется коэффициентом интенсивности напряжений. Коэффициент интенсивности напряжений учитывает внешнее ^одноосное) напряжение сто и длину трещины а:[1, С.334]
Здесь будут рассмотрены предельная деформация цепей, кинетика образования свободных радикалов механическим путем и их реакций, начало роста и распространение обычных трещин, трещин «серебра», а также дано объяснение сопротивления и критического коэффициента интенсивности напряжений и удельной энергии разрушения с точки зрения представлений о молекулярной структуре. Хотя основной интерес представляют именно эти вопросы, оказалось невозможным привести всю литературу по перечисленным проблемам. Автор заранее просит извинить его за все намеренные и случайные пропуски, которые будут обнаружены. Во всяком случае, в этой книге упоминается известная литература по морфологии, вязко-упругости, деформативности и разрушению полимеров. Надеюсь, что для объяснения разрушения полимеров с точки зрения молекулярных представлений она будет полезным дополнением к данной монографии.[1, С.7]
Выражения (9.14) — (9.18) не могут служить критериями разрушения, поскольку в них не указывается, происходит ли разделение материала в пластически деформируемой области и в какой момент оно происходит. Чтобы с помощью механики разрушения определить стабильность трещины, имеющей упругую и пластическую области, следует найти пределы пла^-стического деформирования, которые должны быть известны в явном или неявном виде. Ясно, что определение, объяснение и применение критических коэффициентов интенсивности напряжений для вязкоупругих твердых тел особенно сложно вследствие резко выраженной временной и температурной зависимости механических свойств этих материалов. Тот факт, что материал проявляет пластическое поведение, не отрицает пользы механики разрушения, но он ослабляет независимость характеристик механики разрушения (G, К, R) от геометрических параметров образца или даже исключает подобную независимость [6].[1, С.340]
В предыдущем разделе было показано, что увеличение коэффициента интенсивности напряжений или GI путем вынужденного расширения трещин способствует их росту с докритической скоростью (рис. 9.6 и 9.7). Так как сопротивление материала распространению трещины /? растет с увеличением а, то новое равновесие между GI и R может быть получено вслед за любым изменением GI. Однако если GI непрерывно возрастает в зависимости от Ki, то достигается точка нестабильного роста трещины. Нестабильность может характеризоваться тем, что в этой точке сопротивление материала R(d), согласно уравнению (9.13), недостаточно чувствительно к скорости, чтобы компенсировать рост GI. Следовательно, ускорение роста трещины происходит до такого значения ее скорости, при котором следует учитывать силы инерции и конечную скорость ve распространения упругих волн [67, 181 —182]. До тех пор вкладом в /? кинетической энергии отступающих поверхностей разрушения пренебрегают. В точке начала нестабильного роста трещины в ПММА со скоростью ~0,1 м/с вклад кинетической энергии равен 6 Дж/м3. При таких скоростях этот вклад представляет незначительную часть средней плотности энергии деформации,[1, С.359]
Скибо, Херцберг и Мансон [191] изучали характеристики роста усталостной трещины в полистироле в интервале значений коэффициента интенсивности напряжений и частоты. Образцы с нанесенным односторонним надрезом и испытываемые на растяжение компактные образцы, изготовленные из листов промышленного полистирола (с молекулярной массой 2,7 -105), были подвергнуты циклическому нагружению с постоянной амплитудой на частотах 0,1, 1, 10 и 100 Гц, что соответствовало скоростям роста усталостной трещины от 4;Ю~7 до 4Х X10~3см/цикл. При заданном значении интенсивности напряжений скорость роста усталостной трещины уменьшается с увеличением частоты, причем само уменьшение скорости роста наиболее сильно выражено при больших значениях интенсивности напряжения. Чувствительность данного полимера к частоте во всем исследованном интервале значений была объяснена влиянием переменной компоненты ползучести. В макроскопическом масштабе поверхность разрушения была двух различных типов. При низких значениях интенсивности напряжений наблюдалась зеркальная поверхность с высокой отражательной способностью, которая с увеличением интенсивности напряжения превращалась в шероховатую матовую поверхность. Повышая частоту, сдвигали переход между этими типами поверхности разрушения в сторону более высоких значений интенсивности напряжений. Микроскопическое исследование^ зеркальной поверхности выявило распространение обычной трещины вдоль одной трещины серебра, в то время как исследование шероховатой поверхности выявляло рост обычной трещины через большое число трещин серебра, причем все они в среднем были перпендикулярны оси приложенного напряжения. Электронное фракто-графическое исследование зеркальной области выявило много параллельных полос, перпендикулярных направлению роста обычной трещины, каждая из которых формировалась в процессе ее прерывистого роста в ряде усталостных циклов. Размер таких полос соответствовал размеру пластической зоны у вершины трещины, рассчитанной по модели Дагдейла. При высоких значениях интенсивности напряжений была получена новая система параллельных следов в матовой области, которая соответствовала приращению длины трещины за один цикл нагружения [191].[1, С.412]
Если применить любой из упомянутых выше критериев к началу роста трещины серебра в пластине с острым надрезом под действием растяжения, то в обоих случаях следует ожидать мгновенного образования такой трещины, поскольку как |oi—ст2|, так и е имеет особенность на бесконечно острой вершине трещины (см. (9.1) — (9.3)). Подобные оценки противоречили бы экспериментальным результатам. Маршалл и др. [102], а также Нарисава и др. [127] установили, что это связано с начальным коэффициентом интенсивности напряжений Ко, который управляет процессом начала роста трещины серебра на вершине надреза. В случае ПММА и ПК, погруженных в метанол или керосин, существуют критические значения Km, ниже которых не происходит возникновения трещины серебра и ее роста. Этот факт можно понять с учетом дискретных размеров сегментов цепи и пустот, которые будут формироваться в процессе образования трещины, с учетом того, что плотность накопленной энергии упругой деформации ограничена (рис. 9.3), а также с учетом того, что пластические деформации исключают особенности напряжения. Маршалл и др. [102] на основании своих данных приходят к выводу, что образование трещины серебра происходит в случае, когда в материале у вершины надреза достигаются условия критической деформации или происходит раскрытие трещины.[1, С.373]
Более высокий критический коэффициент интенсивности напряжений и более низкое значение показателя п для ПК по сравнению с ПММА связано с различием кинетики сорбции этих материалов[1, С.370]
Существует критический коэффициент интенсивности напряжений Кт, ниже которого трещины серебра не образуются: Лт = 0,13МН/м'/!ПММА /Ст = 0,29МН/м3/!ПК[1, С.370]
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА СТУДЕНТАМ!!! Задачи по теоретической механике из сборника курсовых работ под редакцией А.А. Яблонского, Кепе, Диевского. Быстро, качественно, все виды оплат, СМС-оплата.
А также: Готовые решения задач по теормеху из методичек Тарга С.М. 1988 и 1989 г. и задачника Мещерского. Решение любых задач по термеху на заказ.
Если Вам нужны решения задач по Физике из методички Чертова А.Г. для заочников, а также решебнки: Прокофьева, Чертова, Воробьёва и Волькинштейна. Решение любых задач по физике и гидравлике на сайте fiziks.ru
Что самое приятное на любом из этих сайтов Вы можете заказать решение задач по другим предметам: химия, высшая математика, строймех, сопромат, электротехника, материаловедение, ТКМ и другие.