Механика деформирования и разрушения
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
ные напряжения сопоставляют с предельными для данного материала. Если ?max<?предел, то разрушения нет- конструкция работает нормально.
Но как определяется предельное напряженное состояние?
. Это очень просто для одноосного напряженного состояния. Испытания на растяжение позволяют найти предел текучести ?т и предел прочности ?в- эти величины и будут предельными напряжениями:
- ?т для пластичных материалов;
- ?в для хрупких материалов
. Также просто и в случае чистого сдвига, испытывая на кручение тонкостенную трубку, находят предельное значение ?т, ?в. Если касательные напряжения в конструкции (трубке) меньше этих предельных значений, то конструкция не разрушается- она работоспособна.
. Значительно сложнее в случае объемного напряженного состояния, когда отличаются от нуля ?1, ?2, ?3. Здесь для каждого набора этих главных напряжений надо было бы проводить испытания материала и находить предельное состояние, но таких наборов ?1, ?2, ?3 может быть очень много, что потребует очень многих испытаний и с практической точки зрения неприемлимо.
Выход- в замене этого напряженного состояния на равноопасное, простое растяжение с главным напряжением ?экв.
?экв- эквивалентное напряжение- это такое напряжение, которое следует создавать в растянутом образце, чтобы его напряженное состояние стало равноопасным с заданным объемом, тогда набор величин ?1, ?2, ?3 заменяется на одну величину ?экв, сравнивая которую с предыдущими характеристиками растяжения ?т и ?в мы делаем вывод о том, наступит разрушение или нет
Теории прочности.
Они определяют правила перехода от объемного напряженного состояния ?1, ?2, ?3 к простому растяжению ?экв, т.е. правила замены ?1, ?2, ?3 на ?экв.
теория - наибольшего нормального растяжения. ?экв= ?1, не учет ?2, ?3 является недостатком.
теория - наибольшей линейной деформации.
?экв= ?1= (?1 - ?(?2+?3)=
?экв= ?1 - ?(?2+?3)
Физический смысл этой теории- разрушение наступает, когда расстояние между молекулами становится слишком большим, подходит для хрупких материалов.
теория - наибольшего касательного напряжения. Подходит для пластичных материалов. Означает, что пластические деформации возникают, когда ?max достигает некоторого предельного значения:
?max= =
?экв= ?1-?3
Недостаток - не учет ?2, кроме того дает погрешность для материалов, имеющих различные характеристики ?т и ?в при растяжении и сжатии, но для Ме это самая хорошая теория.
теория - энергетическая. Предельное напряжение материала наступает тогда, когда энергия его формы изменения достигает предельного значения:
о.ф. = [( + ]
Uо.ф. = 2
?экв=
?экв=
5 теория - Мора. Теория применяется для материалов, обладающих различными значениями пределов текучести и прочности (?т и ?в) при растяжении и сжатии.
Различные теории прочности применяются для различных материалов, находящихся в различных напряженных состояниях. Наиболее подходящая теория дает наилучшее совпадение с экспериментом. Универсальной теории нет для всех условий нагружения материала, поэтому надо думать, когда какую теорию лучше применить. А лучше применить несколько теорий и по ним сделать наиболее обоснованный вывод.
Механика разрушения. Виды разрушений.
Разрушение- сложный процесс, протекающий во времени в результате воздействия внешних и внутренних разрушений и завершающийся разделением тела на части или наступлением беспрепятственного пластичного течения.
хрупкое. Процесс разрушения неразрывно связан с развитием реальных дефектов твердых тел: трещин и дислокаций. Из-за них реальная прочность на 1-3 порядка меньше теоретической, рассчитанной для идеального твердого тела. В хрупких материалах за разрушение ответственны внутренние и поверхностные трещины, являющиеся концентрациями напряжений. Причиной разрушения является то, что одна или несколько трещин пробегает через весь материал с очень большой скоростью. При растяжении образца из хрупкого материала, шейка перед разрушением не образуется. Все это придает катастрофический характер разрушению, т.к. оно происходит без видимых изменений тела внезапно и очень быстро. Поверхность разрушения представляет собой гладкий скол по кристаллографическим плоскостям с низкими индексами.
вязкое (пластичное). В таких материалах, которые пластически деформируются перед разрушением, наблюдаются большие необратимые искажения формы (шейка при растяжении образца). Если в хрупком материале разрушения происходят путем полного разделения двух соседних слоев атомов при растяжении, то в пластичных материалах наблюдается интенсивное пластичное течение. При этом соседние атомные пласты не разделяясь, сдвигаются относительно друг друга подобно колоде карт, что объясняется дислокациями. При растяжении образца из пластичного материала несущая способность в ходе течения сначала возрастает, а затем после образования шейки, падает и тело разрушается. Шейка возникает в наиболее слабом сечении образца, и вся дальнейшая деформация сосредотачивается в шейке, здесь возникают микропоры и микротрещины, которые постепенно объединяются с образованием трещины. Эта трещина медленно растет, и процесс заканчивается сдвигом под углом 45? к оси с образованием характерной чашки и конусного излома. Поверхность излома имеет шероховатый вид из-за слияния микротрещин и интенсивного плас?/p>