Свойства инструментальной керамики. Механические свойства.

28-03-2024

+++механика хрупкого разрушения+++

---условия разрушения хрупких тел с трещинами---

Известно, что высокие значения прочности на разрыв атомных плоскостей, твердости, модуля упругости и свободной поверхностной энергии являются следствием большой энергии связи в кристаллической решетке соединения. При этом требование минимальных межатомных расстояний определяет наличие в структуре легких элементов. Высокое сопротивление сдвигу (и пластической деформации) при нормальной и повышенной температурах характерно для веществ с направленным типом связи и, в первую очередь, для ковалентных кристаллов.

На практике разрушение хрупких тел происходит при нагрузках, на несколько порядков ниже теоретических. Это объясняется высокой чувствительностью хрупких материалов к дефектам структуры, наиболее опасными из которых являются острые трещины и надрезы.

В механике хрупкого разрушения существуют два подхода, на основе которых могут быть сформулированы условия разрушения хрупких тел с трещинами.

Энергетический подход к оценке равновесия трещины в упругом теле впервые был использован Гриффитсом. Исходя из того, что работа разрушения затрачивается на создание новых свободных поверхностей материала с повышенным уровнем потенциальной энергии, а также из того, что трещина в хрупком теле не будет расти до тех пор, пока работа внешних сил при ее продвижении не будет больше или равна соответствующему приращению поверхностной энергии тела, Гриффите получил классическое уравнение зависимости прочности от констант материала и размеров дефекта.

Расчет Гриффитса не включает в себя каких-либо представлений о теоретической прочности бездефектного твердого тела. Он является выражением первого закона термодинамики применительно к процессу разрушения и дает необходимое условие распространения трещины. Однако этот критерий не обязательно должен быть достаточным. Если материал при вершине трещины не находится на грани разрушения, то трещина не будет расти даже при достаточной энергии для ее развития: материал должен до конца исчерпать свою способность воспринимать нагрузку.