11. Об элементарных актах процесса, ведущего к разрушению твердых тел

Распространение процессов разрушения на атомарном уровне привело к совпадению времени между флуктуациями с макроскопической характеристикой - долговечностью тела под нагрузкой.

Величина энергии активации Uo близка к энергии испарения (сублимации) для твердых тел. Энергия испарения равна половине полной энергии связи атома со своими соседями (каждая атомная связь относится к двум атомам).

Распад куска твердого тела на две части можно рассматривать как расслоение двух соседних атомных слоев. Однако одновременный разрыв связей по какой-либо плоскости маловероятен. Проще всего представить разделение тела на части как прорастание трещины через сечение образца. С энергетической точки зрения такой механизм наиболее выгоден. Так, в сплошном теле каждый атом окружен несколькими соседями. Однако, если есть трещина, то у атома, находящегося в вершине трещины, количество соседей уменьшается, и энергия разрыва оставшихся связей у него меньше, чем у атома в сплошном теле. Именно поэтому рост трещины происходит с уже имеющихся зародышей трещин.

Для развития разрушения требуется накопление разрыва связей, при которых рекомбинация - разорванных связей была бы затруднена. Если разорвется только одна атомная связь в кристалле, то после разрыва может произойти ее восстановление. Для того, чтобы этого не произошло, необходимо рассоединить атомы на достаточно большое расстояние, т.е. необходима достаточная деформация. Тогда через некоторое время рядом с новым разрывом или вблизи него, может произойти другой флуктуационный разрыв и т.д.

Таким образом, для развития разрушения, окружение вблизи разрываемой свя­зи не должно быть жестким и неизменным.

Таким образом, в балансе энергии разрушения должны быть не только затраты на разрыв связей, но и на растаскивание атомов. Поэтому долговечность состоит не только из времени существования необходимых флуктуации, но и времени деформации.

Роль внешней нагрузки во флуктуационном механизме разрушения. Физический смысл коэффициента γ.

Внешняя нагрузка распределена между атомами неравномерно. Различия между средними и маленькими напряжениями могут быть значительными. Ранее было

отмечено, что величина γ идентична отношению δ/N_o, где δ - смещение связи при

разрушении связи, No - количество атомов в сечении (на единицу площади). при

межатомном расстоянии а на единицу площади содержится ≈ 1/a² атомов. Таким образом,

а системы взаимно пересекающихся трещин, трещины, растущие по направлению внешней нагрузки, сливаются друг с другом, образуя магистральные макротрещины.

Третья стадия разрушения возможна только при дальнейшем увеличении внешних сжимающих напряжений σ_x уровня предела прочности на одноосное сжатие σ^*. На этой стадии набирается рост магистральных трещин по направлению внешней нагрузки до тех пор, пока они не достигнут границ сжимаемого объема породы, что приведет к разделению его на отдельные части. Рост магистральных трещин происходит скачкообразно, так как сопровождается разрывом перемычек между микротрещинами в обоих ε_x растягивающих напряжений и межзерновых соединений в областях сжимающих напряжений.

Если деформации сжимаемого объема породы не ограничены каким либо образом, то третья стадия соответствует полному разрушению и является заключительной. При ограниченных деформациях, то - есть, в режиме заданных деформаций, процесс разрушения не останавливается на третьей стадии.

U(σ)=U₀-ΔU=U-δP/N_t и

Так как уменьшение количества связей за промежуток времени dt равно

откуда

Долговечность, определяемая полным распадом связей в сечении, равна τ

это выражение приводится к виду:

Полученное выражение по форме совпадает с формулой для долговечности и объясняет влияние на нее напряжения. Величина при Т ≈ ЗООК и

σ ≈10⁴ кг/см²≈s 10³ МПа составляет около 0,3 -г- 0,5.