Cтраница 4
Изложенная термофлуктуа-ционная теория прочности основана на двухуровневой модели разрыва химических связей в вершине микротрещины и из нее следует существование безопасного сто и критического ск напряжений, являющихся границами действия термофлуктуаци-онного механизма разрушения. Полная изотерма долговечности т ( ст) при ст - ст0 предсказывает т - х, а при 0юо - линейный участок в координатах Igr-а вплоть до напряжения Тф, при котором происходит переход от термофлуктуационного механизма разрушения к атермическому. При а0ф основным вкладом в долговечность т является атермический вклад тк, лежащий в микросекундном диапазоне времени. [46]
Понимание физической природы явлений, вызывающих усложнение разрушения и отклонения от уравнения ( 4), важно для развития кинетических представлений о процессе разрушения. С этой точки зрения при рассмотрении случаев усложнений разрушения и невыполнения простой кинетической закономерности для долговечности ( 4) наиболее важно выяснить, связаны ли наблюдаемые отклонения с переходом к существенно иному, чем термофлуктуационный, механизму разрушения и, возможно даже, к отрицанию основ кинетической концепции прочности, или же во всех этих случаях имеет место лишь некоторое изменение условий проявления все того же термофлуктуационного механизма разрушения, и все наблюдаемые отклонения от закономерности ( 4) могут быть объяснены на основе кинетических представлений. Возникает и практическая задача отыскания правильного аналитического описания долговечности под нагрузкой для усложненных случаев. [47]
Монография построена следующим образом. Вначале приведены сведения о теоретической прочности полимеров. Затем рассмотрены термофлуктуационный механизм и теория разрыва отдельно взятой полимерной цепи и полимеров с идеальной структурой, а далее - проблема разрушения простых твердых тел и полимеров с реальной структурой, где цепи нагружены неравномерно, но микротрещины отсутствуют ( бездефектные материалы изучены научными школами проф. При этом развивается парадоксальная, на первый взгляд, концепция прочностных состояний. Впрочем, парадокс лишь кажущийся, поскольку прочность обусловлена структурой, а существование состояний с различной структурой комментариев не требует. [48]
Если напряжение, приложенное к образцу при ориентировании равно 25 кг / мм2, у 0 072 [137], ы0 20 Ч - 30 ккал / моль, то время до разрушения под действием ориентирующего напряжения составляет всего лишь несколько секунд. Разрушение ориентируемых образцов по термофлуктуационному механизму происходит, очевидно, в продолжение всего процесса ориентирования. Об этом свидетельствуют приведенные ранее данные о накоплении разрывов молекул при вытяжке. [49]
Если задана дефектность материала ( / о const), то при увеличении напряжения а от нуля ( точка М) до безопасного ( точка К) образец не разрушается при любом времени действия нагрузки. При дополнительном увеличении нагрузки в интервале КС ( ниже переходного напряжения Оф) реализуется тер-мофлуктуационный механизм разрушения, приводящий к долговечности т, изменяющейся от оо до tit. Интервал напряжений, в котором действует термофлуктуационный механизм, сужается с увеличением дефектности материала. [50]
В первом случае можно предположить, что при больших напряжениях, хотя среда и ускоряет первичный импульс разрушения полимера, однако молекулы среды не успевают проникнуть к вершинам очень быстро растущих трещин. Наряду с этим при таких значениях а перенапряжение в устье трещины полимера может быть очень значительным. Поэтому в данной области напряжений относительная роль термофлуктуационного механизма разрушения также увеличивается и U возрастает. [51]
При о-нею все элементы в сечении стремятся перейти в предельное состояние с кратностью растяжения со. В промежуточном состоянии деформация пропорциональна числу деформированных элементов в сечении с кратностью растяжения оо. Переход элемента из одного состояния в другое происходит по термофлуктуационному механизму и не наблюдается при низких температурах. Кратность а меняется в зависимости от вытяжки всего образца. [52]
Наблюдаемое значительное отклонение экспериментальных результатов при О С от прямолинейной зависимости в координатах lg т - ( 1 / 71) в настоящее время пока трудно объяснимо. Однако можно предположить, что ввиду достаточно сильного изменения таких свойств жидкостей, как вязкость и поверхностное натяжение при данной температуре, изменяется влияние жидкости на кинетику разрушения. Разрушающая активность жидкой среды по отношению к полимеру значительно уменьшается, и относительная роль термофлуктуационного механизма в процессе разрушения возрастает. [53]
Изложенные варианты оценки предельно допустимых длительностей нагружения при различных напряжениях и температурах, ограниченных требованиями прочности или деформационной долговечности, и определения области работоспособности полимера представляют собой отражение различных проявлений кинетической природы разрушения полимерных материалов, причем конкретные характеристики предельного состояния зависят от принятой схемы испытаний. Возможны также и другие режимы испытаний, различающиеся условиями нагружения, законом изменения температуры и принятыми требованиями к тому, что считать критическим ( предельно допустимым) состоянием материала. Все получаемые при таких испытаниях параметры материала обладают внутренней общностью, так как обусловлены общим термофлуктуационным механизмом деформирования и разрушения. Однако количественные соотношения между предельными параметрами устанавливаются только для простейших моде-50 юо с лей поведения материала. [54]
Диффузионная теория касается только одной стороны собственно адгезии, объясняя лишь кинетику, формирования адгезионного соединения, да и то в случае взаиморастворимых полимеров. Эти же вопросы рассматриваются и в рамках микрореологической теории, но в отличие от диффузионной эта теория более универсальна. Кроме того, именно в рамках микрореологических представлений было сформулировано принципиальное положение о применимости к адгезионной прочности термофлуктуационного механизма прочности. [55]
VI-VIII) рассмотрен ряд вопросов, связанных с изучением кинетики разрушения в сложных условиях нагружения и напряженного состояния, в условиях облучения и п присутствии агрессивных сред. Решение этих вопросов тесно связано с практическими проблемами прогнозирования долговечности твердых тел под нагрузкой в реальных условиях их эксплуатации, а также с разработкой путей повышения прочности твердых тел на основе представлений о термофлуктуационном механизме разрушения. [56]
Кинетический подход к проблеме прочности, основателем которого является академик С. Н. Журков, отличается тем, что основное внимание обращается на атомно-молекулярные процессы разрушения и разрушение полимеров рассматривается как конечный результат постепенного термофлуктуационного развития и накопления микроповреждений в нехрупком состоянии или как термофлуктуационный процесс роста микротрещин, вызывающего разрыв, в хрупком состоянии. Основным фактором при этом подходе считается тепловое движение и тепловые флуктуации в полимерах. Выяснение природы термофлуктуационного процесса разрушения является основной задачей физики разрушения, рассмотренной в предыдущих главах. Термофлуктуационный механизм разрыва химических связей в полимерах в наиболее чистом виде, не осложненном релаксационными процессами, наблюдается в хрупком состоянии. В переходном и квазихрупком состоянии элементарные акты термофлуктуационного разрыва связей происходят в условиях локального релаксационного процесса вблизи вершины микротрещины. По мере перехода от низкотемпературных областей к высокотемпературным роль молекулярной подвижности и теплового движения в процессах разрушения приобретает все большее значение. [57]
Механика разрушения является основой инженерных методов расчета прочности деталей и конструкций, находящихся в сложно-напряженном состоянии. Математическая теория трещин позволяет рассчитать напряжения вблизи микротрещин. В то же время механический подход оставляет в стороне физические атомно-молекулярные механизмы разрушения и физическую кинетику разрушения в целом. Кинетическая концепция исходит из термофлуктуационного механизма разрушения, общего для всех твердых тел. Суть механизма заключается в том, что химические и межмолекулярные связи в полимере разрываются в результате локальных тепловых флуктуации, а приложенное напряжение увеличивает вероятность разрыва связей. Современная термофлуктуационная теория прочности полимеров объединяет оба подхода и вводит понятие о безопасном и критическом напряжении. [58]
Во втором направлении исследований рассматривается главным образом механизм, связанный с наличием дефектов в твердом теле и развитием трещин в процессе разрушения. Феноменологическое описание этого процесса приводит к температурно-временным зависимостям прочности, часто соответствующим экспериментально наблюдаемым зависимостям долговечности от температуры и напряжения. Феноменологическое описание процессов разрушения на молекулярном уровне без учета дефектов и развития трещин в твердом теле приводит к аналитическим уравнениям долговечности, также качественно удовлетворяющим экспериментальным данным. Это вполне объяснимо, так как в основе современных представлений лежит термофлуктуационный механизм разрушения, который в первом случае не конкретизируется, а во втором - связывается с разрушением связей в вершинах микротрещин, где действует большое напряжение, резко ускоряющее процесс разрушения. Следовательно, оба эти подхода дополняют друг друга. [59]
В области IV, т.е. при продолжительности эксплуатации МН свыше 10 лет, интенсивность отказов характеризуется возрастающей функцией интенсивности ( ВФИ) - распределением, что соответствует стареющим объектам. Длину области IV на базе только статистических данных установить затруднительно, так как объем статистической информации для нее пока чрезвычайно мал. Для этой цели необходимо использовать физический подход, в основе которого лежит детальное изучение процессов старения объектов МН. Авторы считают, что перспективным является физический подход к решению проблемы управления долговечностью объектов МН, базирующийся на использовании термофлуктуационного механизма разрушения материалов, находящихся под нагрузкой. Предполагается, что за счет управления долговечностью при проектировании и управлении долговечностью ( ресурсом) при эксплуатации объектов и системы МН можно получить значительный экономический эффект. [60]