"В.М.Финкель. Портрет трещины " - читать интересную книгу автора

Все дальнейшее развитие механики и физики показало, что Гриффите
нарисовал в основном правильную картину развития событий, но в деталях он
был не точен или не прав. Например, ему казалось, что развитие трещины
должно происходить со скоростью звука. Опыт
этого не подтвердил - трещина по крайней мере вдвое медлительнее.
Важнее оказалось другое. У Гриффитса трещина была совершенно хрупкой.
Это означает, что при разрушении пластическая деформация отсутствовала.
Между тем инженерный опыт показывает, что почти всегда деформация
сопровождает разрушение. При этом она съедает энергии в тысячу, а иногда и в
десять тысяч раз больше той, которая требуется для компенсации
поверхностного натяжения. Ясно, что в этих условиях поверхностное натяжение
становится несущественным. Последователи Гриффитса, в первую очередь
американский ученый Г. Р. Ирвин, решили, что и столь большая пластическая
деформация не помеха для расчета тела с трещиной. Надо только считать, что
она располагается лишь вблизи самого носика длинной трещины. Такие трещины
получили название квазиупругих, или квазихрупких, то есть якобы хрупких.
"Достоинство" их заключается в том, что, с одной стороны, к ним можно
применить весь математический аппарат теории трещин - ведь зона пластичности
крохотная в сравнении с длиной трещины; с другой - крохотная-то крохотная, а
энергию упругого поля деформации понижает.
Используют это так. Прежде всего анализируют характер напряженного
состояния в конструкции - к какой трещине оно приведет. Есть три вида
трещины: нормального разрыва, поперечного сдвига и продольного сдвига.
Первая из них возникает, когда разрывают лист бумаги. Чтобы объяснить
второй, представьте себе, что два листа металла склепаны. Вы хотите это
соединение разделить и молотом ударяете по верхнему слою, срезая заклепку.
Дефект в заклепке и есть трещина сдвига. Трещина продольного сдвига
образуется, когда, например, бумагу не разрывают, а режут ножницами. Для
каждой давно рассчитаны поля напряжений вокруг их вершин (помните: "уши"
трещины?). По мере приближения к вершине напряжения быстро растут и
достигают предела, после которого материал начинает "течь", то есть
пластически деформироваться. Эти условия так и называются пределом
текучести. Протяженность области, где это происходит, легко рассчитать; с
этого момента реальная длина трещины - это ее подлинная длина плюс размер
пластически деформированной зоны. Вот теперь, когда известна и длина
трещины, и напря-
жения в ее вершине, и потери энергии на деформирование, можно
определить силу, необходимую для продвижения трещины. И конечно, ее легко
сравнить с силой из опыта. Но еще важнее введение удивительной
характеристики материала - вязкости разрушения. Эта величина,
пропорциональная разрушающим напряжениям в вершине трещины, служит
своеобразным рубежом прочности скомпрометированного трещиной металла. Ее
легко вычислить для трещин различного вида практически в любых
металлоконструкциях. Сопоставляя ее с напряжениями, действующими на деталь в
том или ином процессе нагружения, заранее можно предсказать: выдержит ли
нагрузку конструкция, содержащая трещину, или не выдержит. Все это можно
сделать, испытывая не целую ступень космической ракеты, а лишь образец ее
материала.
Сегодня - это один из основных методов исследования прочности потому,
что любой реальный элемент металлоконструкции содержит множественные