Теоретическая прочность - твердое тело
Cтраница 1
Теоретическая прочность твердых тел не соответствует фактической. Кроме того, деформация твердых тел - обычно неравновесный процесс, связанный с диссипацией энергии. Несоответствие термодинамически вычисленной работы адгезии и адгезионной прочности - результат неравновесного процесса разрушения адгезионного соединения. Вероятно, между величинами адгезии и адгезионной прочностью существует соответствие только в том случае, когда последняя будет определяться в термодинамически равновесных условиях разрушения бездефектной структуры, т.е. при деформации с бесконечно малой скоростью. [1]
Теоретической прочности твердых тел и полимеров в стеклообразном состоянии посвящены работы [61, 143, 174, 194] П. П. Ко-беко указывает, что если теоретическую прочность стекла рассчитывать, основываясь на химических и электрических силах взаимодействия частиц аморфного тела, то она составляет приближенно 0 1 % модуля упругости при растяжении, определяемого экспериментально. Соотношение ат Q E применимо для связей различных типов. [2]
Под теоретической прочностью ат твердого тела [1.2, 1.3] в соответствии с классическим определением Борна и Цвикки понимается прочность тела с идеальной ( не искаженной повреждениями и дефектами) структурой при температуре, равной абсолютному нулю, в условиях квазистатической однородной деформации растяжения и сдвига. Эти условия обеспечивают одинаковую нагруженность всех межатомных ( химических) и межмолекулярных связей и одновременный разрыв всех связей по поверхности разрушения при одноосном растяжении и сдвиге. При одноосном растяжении происходит удаление друг от друга атомных плоскостей в направлении растяжения, а при сдвиге - скольжение атомных плоскостей. [3]
Следовательно, теоретическую прочность твердого тела можно определить как максимальное напряжение, необходимое для разъединения образца на две части одновременно по всему его поперечному сечению. [4]
Разумеется, теоретическая прочность жидкости при всестороннем растяжении будет иметь порядок теоретической прочности соответствующего твердого тела, так как она определяется осреднением по очень многим связям на элементарной площадке, а в любой заданный момент времени доля связей, для которых межатомное расстояние меньше - чем а0 У, отнюдь не мала. [5]
Как известно, теоретическая прочность твердого тела также значительно превосходит его реальную прочность [ 1; 50; 52, с. И это обстоятельство рассматривается не столько как доказательство несовершенства теоретических расчетов, сколько как прямое свидетельство огромных неиспользованных резервов прочности, заключенных в самом материале. В адгезионных соединениях также имеется значительный резерв прочности, поскольку одних молекулярных сил на границе раздела фаз вполне достаточно для того, чтобы обеспечить высокую адгезионную прочность. [6]
Кроме прочности технической или реальной, определяемой с помощью условных или инвариантных приборов, существует прочность, определяемая вычислением и поэтому называемая теоретической. Простейший метод оценки теоретической прочности твердых тел был, в свое время, предложен Поляни. Так, если для разрыва стержня сечением 1 м2 потребовалось приложить напряжение ао, а атомные плоскости при этом удалились друг от друга на величину а, адекватную порядку параметра кристаллической решетки, то работа выразилась как сто а. [7]
 |
Теоретическая и техническая прочность различных материалов. [8] |
Этот физически неоправданный результат свидетельствует о том, что формулами для расчета теоретической прочности твердых тел следует пользоваться с осторожностью, если речь идет о полимерах. Причина этого, по-видимому, заключается в том, что модуль упругости твердых полимеров в основном определяется межмолекулярным взаимодействием ( модуль же упругого растяжения отдельной полимерной цепи на один-два порядка больше), а прочность-химическими связями. [9]
Существуют и другие методы определения теоретической прочности хрупких твердых тел, например по теплоте сублимации ( переходе вещества из твердого состояния в газообразное без превращения в жидкость); по методу Поляни-Орована ( из сил молекулярного взаимодействия) и др. Установлено, что независимо от метода вычисления результаты дают близкие значения теоретической прочности для твердых тел: ао ОДЕ. Учитывая высокие значения модуля упругости ( табл. 3.2), становится очевидным, что теоретическая прочность твердых тел и кристаллов также очень велика. [10]
Наличие поверхностных микротрещин очень сильно снижает прочность материалов. Согласно расчетам Поляни, теоретическая прочность твердых тел бычно в несколько сот раз выше наблюдаемой на практике. Для объяснения этого расхождения Гриффите выдвинул гипотезу, по которой в любом образце твердого тела имеются зачаточные трещины, искажающие распределение напряжений при действии деформирующих сил. Уже при малых средних напряжениях перенапряжения на трещинах могут соответствовать теоретической прочности. При этих условиях трещина начинает расти, распространяется по всему образцу и приводит к его разрыву при напряжениях, соответствующих технической, но не теоретической прочности. Таким образом, возникает хрупкое разрушение тела, проявляющееся главным образом при ударных нагрузках. [11]
Более точные расчеты теоретической прочности при сдвиге были выполнены Тайсоном [1.4] для кристаллов каменной соли и алмаза. Для алмаза при сдвиге плоскости ( 111) в направлении ( 110) получено значение тт 9 3 ГПа. Из этих данных следует, что значения теоретической прочности твердых тел при сдвиге и при растяжении близки. [12]
Впоследствии они были определены также для других твердых и твердообразныхдел. Это позволило теоретически подсчитать минимальные усилия, необходимые для сдвига одной атомной плоскости по отношению к соседней. Расчеты дали неожиданный результат: оказалось, что теоретическое сдвиговое напряжение в несколько тысяч раз превосходит величины, которые были получены экспериментально. Следовательно, реальные материалы обладают гораздо более низкой прочностью по сравнению с теоретической. Высказанные положения были подтверждены также при рассмотрении теоретической прочности твердых тел. Так, множеством экспериментов доказано, что прочность самых высокопрочных материалов и изделий в сотни раз ниже теоретической. [13]
В последнее время опубликован ряд работ [22, 50, 51], в которых подвергнуты критике существующие теории адгезии и в качестве наиболее общей теории предложена реологическая теория адгезии, или теория механической деформации адгезионных соединений. Такая теория могла бы быть полезна, если бы она дала возможность понять причины существования адгезии на границе раздела фаз. Однако эта теория вообще не дает ответа на вопросе причине адгезии между двумя твердыми телами или твердым телом и жидкостью и может рассматриваться не как теория адгезии, а, скорее, как теория адгезионных соединений. Действительно, согласно Шарпу [51], прочность адгезионной связи не определяется межфазными силами, так как чисто адгезионное разрушение встречается очень редко. Вряд ли такое положение может быть приемлемым. Мы считаем [52], что прежде всего необходимо четкое разделение двух понятий - адгезии и адгезионной прочности. Существует понятие адгезии как физического явления [12, 13] и определение адгезии как термодинамической величины. Одновременно существует и другое понятие - адгезионная прочность соединения, относящееся к области разрушения твердых тел. Адгезионная прочность является кинетической величиной, зависящей от скорости расслаивания, а не равновесной характеристикой. Хорошо известно, что теоретическая прочность твердых тел не соответствует их реальной механической прочности. Теоретическая прочность определяется молекулярными силами, в то время как реальная прочность зависит от дефектов структуры и других факторов. Процесс деформации твердых тел является неравновесным и связан с диссипацией энергии. Несоответствие между термодинамически вычисленной работой адгезии и определенной экспериментально адгезионной прочностью является результатом того, что при разрушении адгезионного соединения его прочность определяется в неравновесных условиях. Таким образом, при постоянстве термодинамической работы адгезии ( величины, определяемой только природой взаимодействующих поверхностей) работа разрушения адгезионного соединения может изменяться в зависимости от многих факторов. Поэтому термодинамическая работа адгезии, если она правильно определена ( см. выше), является единственной величиной, характеризующей адгезию и имеющей физический смысл независимо от условий испытания или условий формирования адгезионного соединения, приводящих к тем или иным дефектам. [14]
Страницы: 1