Cтраница 1
Теория Гриффита ( см. главу 9) о хрупком разрушении пород постулирует существование микротрещин и молекулярных разрывов во всех кристаллических веществах. Под воздействием нагрузки разрушение начинается с концентрации напряжений на концах этих трещин. Во время бурения скважины лри ударах зубьев долота о горную породу образуются новые трещины. Рост имеющихся трещин или образование новых ведет к созданию дополнительных поверхностей и увеличению свободной поверхностной энергии. Поэтому в качестве постулата Ребиндер выдвинул положение о том, что жидкость, адсорбируемая на поверхности трещин, снижает твердость породы за счет уменьшения поверхностной энергии образующихся трещин и, следовательно, повышает буримость породы. [1]
Теория Гриффита является феноменологической теорией прочности. [2]
Теория Гриффита основывается на рассмотрении хрупкого материала как идеально упругой сплошной среды, содержащей отдельные микротрещины. Считалось, что если величина перенапряжения у вершины наиболее опасной микротрещины достигает значения теоретической ( предельной) прочности, начинается катастрофическое разрушение. [3]
Теория Гриффита, не учитывающая временной фактор, уже неоднократно подвергалась критике. Но при абсолютном нуле теория Гриффита до некоторой степени физически оправдана, так как временная зависимость прочности при очень низких температурах отсутствует. [4]
Теория Гриффита хорошо объясняла два экспериментальных факта, характерных практически для всех типов твердых тел. [5]
Теория Гриффита многократно изменялась. [6]
Теория Гриффита и большинство последующих рассматривают разрушение реальных материалов, имеющих до нагружения начальные микротрещины. Под действием приложенного растягивающего напряжения сг на краях микротрещин возникает локальное перенапряжение о, во много раз превышающее среднее напряжение, рассчитанное на все сечение образца. [7]
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. [8]
Хотя теория Гриффита удовлетворительно описывает поведение неорганических стекол, Берри [89] ( см. также [ 773, гл. Исследования поверхностей разрыва показали, что полимеры испытывают большие пластические деформации, следствием которых, по-видимому, и является упомянутое расхождение. Для набухших резин, не подверженных пластическому течению, экспериментальные значения 5 близки к предсказываемым. Таким образом, в приложении к полимерам в уравнении Гриффита следует учитывать возможность локализованной пластической деформации ( вязкого течения) даже для чисто хрупкого разрушения. [9]
В теории Гриффита критерием неустойчивости является равенство производной энергии деформации и производной поверхностной энергии; этим определяется величина критического разрушающего напряжения. [10]
Ценность теории Гриффита заключалась в ясной формулировке положения: техническая прочность в отличие от теоретической сильно зависит от несовершенств и дефектов, имеющихся в твердом теле. Отсюда вытекает, в частности, что прочность в серии одинаковых образцов должна меняться от образца к образцу в зависимости от характера случайного наиболее опасного дефекта в данном образце ( см. гл. [11]
Принципиальным недостатком теории Гриффита является игнорирование механических потерь. [12]
В основе теории Гриффита лежит закон сохранения энергии применительно к хрупкому разрушению. Гриффит полагал, что трещина растет лишь тогда, когда изменение упругой энергии в образце в результате разгрузки образца вблизи растущей трещины равно ( или больше) изменению свободной энергии, возникающей за счет образования новых поверхностей. [13]
Основной недостаток теории Гриффита заключается в следующем. Критическое напряжение Гриффит определял из условия: изменение упругой энергии при росте трещины равно увеличению поверхностной энергии. Это условие приближенно годится, однако, только для квазистатического процесса, когда скорость роста трещины бесконечно мала. При росте трещины с конечной скоростью происходит рассеяние упругой энергии, которая в конечном счете переходит в тепло. [14]
Таким образом, теория Гриффита четко указывает на то, что техническая прочность материала должна быть ниже теоретической в силу того, что ак зависит от дефектов, всегда имеющихся в реальном твердом теле. Теория Гриффита имеет ряд недостатков, наиболее важными из которых являются два. В ней не учитывается тепловое движение атомов и поэтому предполагается по существу атермический механизм разрушения. Теория Гриффита не может объяснить временную зависимость прочности, которая, как правило, наблюдается экспериментально. В силу этих причин теория Гриффита может считаться в какой-то степени физически обоснованной лишь при Т - - - 0 К. [15]