3.5. Влияние характера изменения нагрузки на разрушение материалов
Процессы разрушения материалов сводятся, главным образом, к постепенному росту деформаций и трещин, к постепенному накоплению локальных дефектов, которое становится возможным вследствие необратимого характера
последовательных случайных единичных нарушений (необратимости каждого
20
парциального влияния нагрузки). Необратимость процесса накопления повреждений подтверждается результатами опытов с прерыванием нагрузки и последующим нагружением; при этом суммарное время пребывания под нагрузкой до разрушения в среднем равно долговечности образцов материала при непрерывном нагружении.
В случае изменяющегося во времени напряжения произвольной последовательности напряжений i, каждому из которых соответствует долговечность (i), причем время действия каждого напряжения равно ti разрыв образца произойдет тогда, когда сумма относительных уменьшений долговечности (располагаемого ресурса) станет равной единице. Для случая дискретной зависимости напряжений от времени t, когда напряжение в отдельных интервалах времени остается постоянным, изменяясь только при переходе от одного интервала к другому, условия разрушения образца будут такими:
;
(14)
если напряжение является непрерывной функцией времени (t) , условие разрыва образца имеет вид:
,
(15)
где tp время до разрушения образца;
(t) временной режим нагружения;
(t)=
долговечность при данном напряжении.
Условия (14), (15) характеризуют принцип наложения или суммирования парциальных разрушений; отдельные локальные разрушения суммируются вплоть до предельного состояния, когда трещина достигает критической величины и происходит разрушение образца.
Процессы разрушения при циклическом режиме нагружения, для которого давно установлена временная зависимость прочности, и при статическом нагружении обычно противопоставляются друг другу; предполагается, что закономерности разрушения при циклическом и статическом нагружении различны. Однако кинетическая теория разрушения твердых тел дает основание считать, что, хотя характер изменения внешней нагрузки оказывает влияние на процессы деформации и разрушения, существует определенная общность процессов разрушения независимо от условий нагружения; процессы разрушения обусловлены одинаковым механизмом.
Скорость нагружения существенно влияет на механизм разрушения твер-
21
дого тела. При медленном увеличении нагрузки происходит упругая деформа-
ция, затем – пластическое течение твердого тела и, наконец, – его разрыв. Медленное возрастание механического напряжения может сопровождаться протеканием вторичных процессов в твердых телах и соответствующими обратимыми и необратимыми изменениями свойств тела. При большой скорости нарастания механического напряжения обычно происходит хрупкое разрушение большинства материалов.