|
|
|
Главная --> Справочник терминов Квазихрупкого разрушения Уже отмечалось, что ослабление полимерных материалов феноменологически может иметь различный вид — хрупкое разрушение при распространении трещин в образце, пластическое при пластическом деформировании, следующем за пределом вынужденной эластичности при сдвиге, или квазихрупкое разрушение, следующее за нормальным напряжением вынужденной эластичности (образование трещины серебра). Следует ожидать, что различные проявления ослабления материала вызваны различными значениями и видами напряжения. Это означает, что для различных явлений разрушения существуют свои поверхности ослабления, которые могут перекрывать и пронизывать друг друга. Подобные факты широко исследуются и обсуждаются в известной монографии Уорда [20] и в работах [21—34]. 11.11. Квазихрупкое разрушение полимерных стекол. 314 разрушения полимера 11.11. Квазихрупкое разрушение 11.11. КВАЗИХРУПКОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ СТЕКОЛ 11.2. При переходе через Гхр уменьшается и энеробласти нехрупкого разрушения различаются две IV (см. рис. 11.4). Квазихрупкое разрушение, об- трещина, растущая в этой области, имеет сравнительно сглаженный контур. Доил считает, что при низких скоростях растрескивания происходит разрушение слоя волосяных трещин вблизи середины образца, механизм которого можно приблизительно охарактеризовать как вязкое течение. Магистральные и волосяные трещины растут вместе с одинаковой скоростью. При некоторых условиях область волосяных трещин развивается независимо: путем образования и роста пор в зоне, расположенной перед зоной законченного разрыва. Этот механизм характерен тем, что разрушение слоя волосяных трещин наблюдается более или менее одновременно в сравнительно большом объеме зоны волосяных трещин. Поверхность разрушения подобна меху с молекулярными пучками, которые «стоят, как волоски». В противоположность этому поверхности разрушения, образованные путем отделения волосяного слоя при вязком течении вокруг разрастающейся трещины, являются гладкими. При больших скоростях растрескивания уровень напряжения, требующийся для разрушения внутренней области волосяных трещин, становится столь высок, что наблюдается квазихрупкое разрушение вдоль границ между клином волосяной трещины и примыкающим объемом полимера. Итак, разрушение — процесс разрыва связей, кинетика которого должна описываться в терминах, принятых при описании Наиболее опасен хрупкий разрыв, поэтому он всесторонне исследуется экспериментально и теоретически. Этот вид разрушения не сопровождается пластическими или вынужденными высокоэластическими деформациями в объеме образца и вблизи трещины. Квазихрупкое разрушение сопровождается лишь локальной неупругой деформацией вблизи вершины трещины. Хрупкое и квазихрупкое разрушение могут происходить в зави^ симости от свойств твердых тел по-разному (рис. 4.2). Так, если сопротивление образца растяжению меньше, чем сдвигу* то про^ исходит отрыв (поз. 1); в противоположном случае разрушение происходит в форме косого скола обычно в плоскости под углом 45°, где наблюдаются максимальные касательные напряжения (поз. 2). В первом случае реализуется тип напряженного состояния /, а во втором — //. При поперечном растяжении концов об- Для заданного растягивающего напряжения а и заданной длины трещины 10 с изменением температуры изменяется предел текучести — >-0, что не имеет физического смысла. При повышении температуры достигается состояние, при котором ат=;сг = const и Х*;=оо, т. е. весь образец начинает деформироваться пластически, образуя сужение в сечении трещины. Эта температура, согласно схеме, приведенной на рис. 3.4, есть температура квазихрупкости ГКХр-Таким образом, квазихрупкое разрушение происходит в интервале температур между Тхр и Ткхр. Только физика разрушения .может объяснить временную зависимость хрупкого разрыва. Однако квазихрупкое разрушение, согласно механике разрушения вязкоупругих тел, характеризуется временными эффектами [4.2, 4.3, 4.6, 4.7]. Одна из типичных теорий временной зависимости прочности в линейно вязкоупругой среде развита в работе [4.86]. * Квазихрупкое разрушение — выше 71р=—29 "С, хрупкое разрушение — ниже Txf. ** Экспериментальные данные. С ростом температуры ав<0> и В уменьшаются. На рис. 6.8 приводится сравнение зависимости а* от /о, рассчитанной для упругого твердого тела (кривая /), с зависимостью 0В в вершине трещины от /о при высокой (кривая 3) и низкой (кривая 2) температурах. Кривая / на участке АВ соответствует коротким трещинам и рассчитывается по формуле (4.18), а на участке ВС — длинным трещинам и рассчитывается по формуле (4.23). Как видно из рисунка, при низких температурах (кривая 2) во всем диапазоне изменения /0 от 0 до 1К предел 0„ выше локального напряжения а*. Это значит, что неупругая деформация отсутствует и при всех /о наблюдается хрупкое разрушение. При относительно высоких температурах 0В(0) снижается, и уменьшается наклон кривой сгв, так как с ростом температуры коэффициент В уменьшается. Точка пересечения D кривых / и 3 разделяет области коротких и длинных трещин. В области / (малые /о) по-прежнему 0В выше о*, и происходит хрупкое разрушение. В области // (большие /о) сгв ниже 0*, и происходит локальная неупругая деформация (квазихрупкое разрушение). Область /// («закритические» трещины с 1о^1к) соответствует атермическому механизму разрушения, где При анализе процесса квазихрупкого разрушения полимеров наметились два подхода, которые можно отнести к механическому и кинетическому. Между тем уравнение (11.45) получило широкое распространение и часто используется для анализа квазихрупкого разрушения. Результаты по исследованию долговечности и термодеструкции полимеров Журкова с сотрудниками [61] привели к выводу, что в условиях опыта (температура выше Гхр) каждая флуктуация приводит к разрыву отдельно взятой цепи полимера. Поэтому энергия термодеструкции цепей полимера совпадает или практически близка к энергии активации разрушения полимера. Многочисленные эксперименты С. Н. Журкова и-его сотрудников показывают, что в области квазихрупкого разрушения применимо уравнение (11.8) Журкова. Теоретически, исходя из термофлуктуационной теории, к уравнению Журкова можно прийти двумя путями. Термофлуктуационная теория квазихрупкого разрушения [5; 9; 11.14] с учетом коэффициента концентрации напряжения в формуле (11.46) приводит к следующему выражению для долговечности в интервале (00, сгк): зерна, у полимеров' — области надмолекулярной структуры). Тогда Я* становится на один-два порядка больше, чем межмолекулярное расстояние в полимерах, что приводит к снижению коэффициента концентрации напряжения, а уравнение долговечности (11.29) сохраняет тот же вид и для квазихрупкого разрушения, но коэффициент концентрации напряжения вместо (11.19) и (11.31) должен быть записан в виде Разрушение полимеров в стеклообразном состоянии при напряжениях ниже сгв происходит путем образования и развития двух крайних типов трещин: при низких температурах и малых напряжениях (область квазихрупкого разрушения) растут трещины разрушения, при повышенных температурах и напряжениях (заштрихованная область IV на рис. 11.4) при определенных условиях растут крейзы, возникающие в результате деформационного микрорасслоения материала. Между стенками трещины «серебра» образуются микротяжи сильно ориентированного материала. При /0=10-6 м в варианте хрупкой прочности теоретическое значение сгк(0) получается очень низким. В связи с этим рассмотрим вариант квазихрупкого разрушения, приняв, что >,* = 10 нм (поперечные размеры микрофибрилл или, что то же, аморфных участков). Для капрона в неориентированном состоянии стк(0) = = 290 МН/м2, а в ориентированном—1700 МН/м2, т. е. прочность возрастает в 6 раз, что лучше согласуется с экспериментом. дается до разрыва. Поэтому у ряда пластиков с линейной диаграммой растяжения (см. рис. 2.1) участок вяз-ноупругого (однородного) деформирования можно считать областью квазихрупкого разрушения. Этот процесс характеризуется пределом текучести сгт и соответствующей ему деформацией ЕТ. Именно эти показатели определяют структурный параметр временной зависимости хрупкой прочности [35]. состояниях [70]. Как и следовало ожидать (см. рис. 6.15), они состоят из двух участков. Верхний (/) охватывает область вязкого и смешанного (квазихрупкого} разрушения, реализующегося при Oj ^ 0,550т(ат = = 11,5 МПа), а нижний (//)—область хрупкого разрушения. В первом случае, как показывает статистический анализ [70], эквивалентность между одноосным и плоским нагружением с точностью до 8% достигается при использовании критерия (6.82), а во втором — критерия максимального нормального напряжения (точность — 4%), причем на обоих участках реализуется экспоненциальная зависимость типа (6.78). 3.5. Природа квазихрупкого разрушения полимеров 3.5. Природа квазихрупкого разрушения полимеров  Критических замечаний Критической температуре Критического напряжения Критическую температуру Кротонового альдегида Круглодонную широкогорлую |
- |
Навигация