BOOKS IN EUROPEAN LANGUAGES


 
Cover Солнцев С.С., Морозов Е.М. Разрушение стекла
Id: 236973
 
14.9 EUR

Разрушение стекла. Изд.3, стереотип.

URSS. 152 pp. (Russian). Hardcover. ISBN 978-5-9710-5324-8.

В настоящей книге изложены современные представления о хрупком разрушении стекла; методы анализа изломов и трещин на примере силикатных стекол и ситаллов, которые находят все большее применение в машиностроении, в частности, как силовые конструкционные материалы. Рассмотрены некоторые положения теории трещин и их применение при анализе хрупкого разрушения.

Приведены примеры разрушений стеклянных образцов при различных напряженных состояниях и условиях нагружения.

Книга предназначена для конструкторов, материаловедов и технологов, разрабатывающих, изготовляющих и эксплуатирующих изделия из силикатного стекла.


Oglavlenie
 Vvedenie
Glava 1. Nekotorie polozheniya teorii magistral'nikh treschin
 1. Kratkij ocherk mekhaniki razrusheniya
 2. O variatsionnikh printsipakh v teorii treschin
 3. O klassifikatsii treschin
 4. Energeticheskoe uslovie predel'nogo ravnovesiya tela s treschinoj
Glava 2. Eksperimental'nie metodi izucheniya razrusheniya stekla
 5. Obzor nekotorikh eksperimentov
 6. Obraztsi dlya izucheniya mekhanicheskikh svojstv
 7. Ispitatel'nie mashini i prisposobleniya
 8. Metodi ispitanij
 9. Metodi issledovaniya treschin i izlomov stekla
 10. Treschini i izlomi pri odnokratnom staticheskom nagruzhenii
 11. Treschini i izlomi pri dlitel'nom staticheskom i mnogokratnom nagruzheniyakh
 12. Zerkal'naya zona izloma i zavisimost' prochnosti stekla i sitalla ot ee razmerov
 13. Vliyanie dlini i glubini defektov poverkhnosti na prochnost' stekla i sitalla
 14. Chislo treschin i prochnost' stekla
 15. Svyaz' prochnosti naruzhnikh stekol tripleksov s razmerami zerkal'noj zoni i chislom treschin
Glava 3. Analiz razrusheniya stekla. Rekomendatsii po konstruirovaniyu i ekspluatatsii izdelij iz stekla
 16. Analiz treschin i izlomov
 17. Ortogonal'nost' kontsov treschin k svobodnoj poverkhnosti tela
 18. Analiz razrushenij i napryazhenij v stekloemalevikh pokritiyakh na metallakh
 19. Dve gruppi razrushenij
 20. Izuchenie konstruktivnikh, ekspluatatsionnikh i drugikh osobennostej avarijnogo izdeliya
 21. Izuchenie sostoyaniya razrushennikh i sopryazhennikh s nimi elementov konstruktsij
 22. Analiz traektorij treschin
 23. Analiz izlomov i opredelenie nominal'nikh razrushayuschikh naprya- zhenij
 24. Obobschenie rezul'tatov issledovaniya
 25. Zaklyuchenie
 Spisok literaturi

Vvedenie

Do 1930 g. izucheniem treschin zanimalis' sravnitel'no malo, tak kak schitalos', chto razrushenie nastupaet dovol'no rezko i razvitie treschin yavlyaetsya, glavnim obrazom, kratkovremennim protsessom. Odnako v posleduyuschie desyatiletiya eta tochka zreniya bila v korne peresmotrena. Obnaruzheno, chto treschini nachinayut razvivat'sya zadolgo do polnogo razrusheniya. Eto otnositsya ne tol'ko k ustalostnomu, no i k plasticheskomu i dazhe khrupkomu razrusheniyam. Tak, bilo pokazano, chto v protsesse razrusheniya silikatnikh stekol (u nekotorikh ranee predpolagalos' prakticheski mgnovennoe rasprostranenie razrusheniya) skorost' razvitiya treschini v nachale protsessa v 10--100 millionov raz men'she, chem v zaklyuchitel'noj faze etogo protsessa.

V sovremennikh usloviyakh proizvodstva dopustimo nachal'noe razrushenie konstruktsionnikh materialov, poetomu naryadu s eksperimental'noj otsenkoj chuvstvitel'nosti materialov k treschinam bol'shoe znachenie priobretaet takzhe i teoreticheskij analiz razvitiya treschin (mekhanika razrusheniya).

Izuchenie protsessa razrusheniya pokazalo odnostoronnost' ranee rasprostranennogo mneniya o soprotivlenii otrivu kak o postoyannoj materiala i privelo k zamene skhemi odnovremennogo po vsemu secheniyu razrusheniya predstavleniyami o postepenno rasprostranyayuschejsya treschine. Pri etom bolee tipichnim schitaetsya razvitie treschini iz odnogo (ili nemnogikh) tsentrov, a kvaziodnovremennost' razrusheniya (pri nalichii ochen' mnogikh ochagov) pri opredelenii soprotivleniya otrivu rassmatrivaetsya kak chastnij sluchaj.

Odnovremennoe razrushenie po vsemu secheniyu detali opredelyaet "potolok" prochnosti, t.e. ee znachenie v ideal'nikh usloviyakh. V etom sluchae stadiya razrusheniya sostavlyaet ves'ma maluyu chast' protsessa deformatsii detali, a maksimal'naya nagruzka sootvetstvuet polnomu razrusheniyu. Odnako v real'nikh detalyakh pri ikh izgotovlenii i ekspluatatsii v rezul'tate nalichiya nadrezov, perekosov, vliyaniya sredi i t.p. stadiya razrusheniya (t.e. vozniknovenie i razvitie treschini) poyavlyaetsya zadolgo do ischerpaniya nesuschej sposobnosti, do maksimal'noj nagruzki, viderzhivaemoj detal'yu. Pri etom prochnost' materiala (detali v ideal'nikh usloviyakh) nedoispol'zuetsya ili dazhe ne ispol'zuetsya vovse. Dlitel'nost' protsessa rosta treschini do polnogo razrusheniya zanimaet znachitel'nuyu chast' "zhizni" detali, do 90% i bol'she. Poetomu dlya povisheniya prochnosti ne vsegda sleduet stremit'sya k uvelicheniyu srednego soprotivleniya otrivu -- dostatochno regulirovat' protsess poyavleniya i v osobennosti razvitiya treschin. Dlya etogo na puti treschini sozdayut razlichnie prepyatstviya, tormozyaschie razvitie treschin i signaliziruyuschie ob ikh poyavlenii, a takzhe vvodyat dopolnitel'nie elementi konstruktsii, vosprinimayuschie chast' nagruzki pri umen'shenii zhestkosti ot voznikshej treschini. Dlya effektivnosti etikh priemov sovershenno neobkhodimo razvitie metodov rascheta traektorii treschini i svyazi ee razmerov s vneshnej nagruzkoj pri odnovremennom raschete kinematicheskikh kharakteristik dvizheniya kontsa treschini.

Vsem etim problemam posvyascheni raboti Ya.B.Fridmana, kotorie pozvolyayut po-svoemu podkhodit' k otsenke materialov, razdelyaya mekhanicheskie kharakteristiki po kineticheskim priznakam na do- i zakriticheskie. S etim takzhe svyazan bol'shoj vklad Ya.B.Fridmana v razrabotku metodov otsenki konstruktsionnoj prochnosti materialov i sposobov, povishayuschikh etu prochnost'.

Mnogie materiali, schitavshiesya luchshimi po kharakteristi kam sigma0,2, sigmav, an i t.d. i sposobam ikh obrabotki, okazalis' nedostatochno prochnimi po soprotivleniyu razvitiyu treschini, chto privelo k peresmotru kriteriev otsenki konstruktsionnikh mate-rialov. Poyavilas' vozmozhnost' iz dvukh materialov ili re-zhimov obrabotki s prakticheski blizkimi uprugimi i plasticheskimi kharakteristikami vibrat' luchshij po soprotivleniyu razvitiyu treschin.

Nesmotrya na nalichie vo vsyakom real'nom materiale tekh ili inikh defektov stroeniya, kotorie mogut yavlyat'sya zarodishami razrusheniya, vozmozhna prodolzhitel'naya "zhizn'" real'nikh detalej pri nalichii treschini, esli ona ne razvivaetsya ili razvivaetsya dostatochno medlenno. Poetomu vazhnoe znachenie priobretayut teoriya razvitiya makroskopicheskikh treschin, v osobennosti s uchetom faktorov, privodyaschikh k perekhodu tela iz dokriticheskogo sostoyaniya v zakriticheskoe, i metodika analiza treschin i izlomov kak sredstva kontrolya za razrusheniem i povisheniya nadezhnosti konstruktsii. Povishenie khladostojkosti metallicheskikh materialov takzhe v osnovnom svyazano s uvelicheniem raboti na razvitie treschini.

V protsesse razrusheniya mozhno videlit' neskol'ko stadij po stepeni ego lokal'nosti. Osnovnie iz nikh: mikrorazrushenie (mekhanizm razdeleniya materiala) i makrorazrushenie (razvitie imeyuschejsya treschini). Eto dva razlichnikh protsessa, dlya issledovaniya kotorikh trebuyutsya raznie metodi, chtobi obespechit' adekvatnost' yavleniya i metoda ego izucheniya. Dlya izucheniya makrorazrusheniya razrabotani fenomenologicheskie metodi, kotorie bez uscherba dlya issleduemikh voprosov ne uchitivayut mikromekhanizm razrusheniya. V to zhe vremya, konechno, sleduet izuchat' vzaimnoe vliyanie mikro- i makrorazrusheniya.

Razvitie mekhaniki razrusheniya kak oblasti nauchnogo issledovaniya, kotoraya dolzhna najti neposredstvennoe primenenie v praktike konstruktorskikh byuro i pri ekspluatatsii promishlennikh ob'ektov, stimuliruetsya tem, chto stadiya razrusheniya (treschini) suschestvuet zadolgo do polnogo razrusheniya i maksimal'naya nagruzka ne vsegda sootvetstvuet polnomu razrusheniyu. S etim svyazana otbrakovka izdelij po dopusku na razmer i polozhenie tekhnologicheskikh treschin, usloviya ekspluatatsii i resurs izdelij, potrebnost' v sozdanii metodov rascheta konstruktsij s dopuscheniem v nikh kontroliruemikh treschin.

Mozhno nametit' sleduyuschie zadachi mekhaniki razrusheniya.

1. Prochnost' tel s treschinami ili dinamika treschini. Opredelenie svyazi razrushayuschikh nagruzok s razmerami treschin, parametrami tela, usloviyami nagruzheniya i kharakteristikami materiala.

2. Kinematika treschin. Opredelenie zakonov dvizheniya kontsa treschini i fronta poverkhnosti izloma dlya ustanovleniya skorosti i uskoreniya dvizheniya treschin.

3. Geometriya treschin. Opredelenie traektorii krivolinejnikh (poverkhnostnikh) treschin i poverkhnostej izloma, obrazuyuschikhsya v rezul'tate razvitiya vnutrennikh treschin. Chast' etikh zadach dovedena do raschetnogo vida.

Proektirovanie, tekhnologiya izgotovleniya i ekspluatatsiya inzhenernikh konstruktsij iz stekla tesno svyazani s vozmozhnost'yu vozniknoveniya razrusheniya. Protsessi obrazovaniya i razvitiya treschin mogut nachat'sya pri zatverdevanii rasplava steklomassi, formirovanii emalevikh pokritij, mekhanicheskoj i termicheskoj obrabotke, montazhe, khranenii i t.p. Naibolee opasnim rezul'tatom rasprostraneniya treschin yavlyaetsya polnoe razrushenie stekol i pokritij v protsesse ekspluatatsii.

Zakonomernosti razvitiya treschin i stroeniya izlomov v steklakh, sitallakh i emalyakh izucheni nedostatochno. Izuchenie treschin, kak pravilo, svoditsya k ustanovleniyu skorosti ikh rasprostraneniya v protsesse razdeleniya obraztsa stekla na chasti. Po stroeniyu izloma mozhno otsenit' mekhanicheskie svojstva stekol.

V poslednie godi analizu treschin i stroeniyu izlomov pridayut novoe znachenie v svyazi s razrabotkoj metodov rasshifrovki ekspluatatsionnikh razrushenij izdelij iz stekla i dlya eksperimental'nogo podtverzhdeniya bolee obschikh zakonomernostej razvitiya treschin. Tak, analiziruya treschini i izlomi, mozhno ustanovit' napravlenie glavnikh napryazhenij, napryazhennoe sostoyanie pri razrushenii, kinematiku rosta treschin i posledovatel'nost' ikh obrazovaniya, znacheniya nominal'nikh razrushayuschikh napryazhenij, ochag razrusheniya i t.d.

Protsess razrusheniya delitsya na neskol'ko stadij, opredelyaemikh skorost'yu rosta treschini. Pri zarozhdenii treschini ee skorost' mala. Zatem v nekotorij kriticheskij moment skorost' razvitiya treschini nastol'ko velika, chto razrushenie priobretaet katastroficheskij kharakter. V sootvetstvii s razlichnimi kineticheskimi periodami na izlome videlyayut neskol'ko zon, naprimer zerkal'nuyu (sootvetstvuet medlennomu rostu treschini), sherokhovatuyu i dr.

Stroenie izloma zavisit ot vida napryazhennogo sostoyaniya, prilozhennikh nagruzok, prochnosti stekla. Bol'shoj prakticheskij interes predstavlyayut svedeniya o stroenii izlomov u stekol raznoj prochnosti.

Mnogie metodi ispitanij na razrushenie, analiza treschin i stroeniya izlomov, neobkhodimoe ispitatel'noe oborudovanie razrabotani v protsesse vipolneniya issledovanij.

Silikatnie stekla shiroko primenyayut v mashinostroenii, priborostroenii, stroitel'stve, aviatsionnoj, atomnoj, elektronnoj i drugikh otraslyakh promishlennosti v kachestve konstruktsionnikh materialov nesuschikh silovikh konstruktsij.

Pri ekspluatatsii na izdeliya iz silikatnogo stekla mogut dejstvovat' udarnie nagruzki, a takzhe staticheskie nagruzki ot temperaturnikh perepadov i ot deformatsij konstruktsij. Pri etom mogut voznikat' osobenno opasnie dlya stekla ostatochnie rastyagivayuschie napryazheniya.

Summa ostatochnikh napryazhenij i napryazhenij ot razlichnikh nagruzok obichno ne prevoskhodit dopustimoj velichini, poetomu konstruktsii iz stekla uspeshno vipolnyayut svoi funktsii. V tekh sluchayakh, kogda pri ekspluatatsii napryazheniya previshayut dopustimie znacheniya, proiskhodit razrushenie.

Dlya obespecheniya ekspluatatsionnoj nadezhnosti konstruktsij iz stekla izuchayut povedenie stekol v laboratornikh i ekspluatatsionnikh usloviyakh.

Visokie tekhnicheskie trebovaniya k materialam dlya ekspluatiruyuschikhsya i proektiruemikh konstruktsij iz stekla opredelyayut neobkhodimost' vipolneniya sleduyuschikh rabot v oblasti issledovaniya razrushenij prozrachnikh materialov:

1) opredelenie zakonomernostej razvitiya treschin i stroeniya izlomov v silikatnikh steklakh;

2) razrabotka metodov rasshifrovki razrushenij;

3) izuchenie fiziko-mekhanicheskikh kharakteristik.

Zakonomernosti razvitiya treschin i stroeniya izlomov ispol'zuyut dlya rasshifrovki razrushenij i analiza prochnosti metallov i organicheskikh stekol.

Mekhanicheskie svojstva silikatnikh stekol (osobenno pri razlichnikh temperaturakh) do poslednego vremeni izuchali nedostatochno.

V izvestnikh eksperimental'nikh rabotakh otseneno vliyanie na prochnost' i razrushenie silikatnogo stekla i keramiki vremennogo i masshtabnogo faktorov, sposoba polucheniya i teplovogo rezhima, rassmotreni sposobi povisheniya prochnosti i ob'yasneni nablyudaemie pri etom yavleniya, izucheno vliyanie napryazhennogo sostoyaniya na povedenie stekla pod nagruzkoj i opredeleni skorosti rasprostraneniya treschin.

Prochnostnie kharakteristiki stekol opredelyayutsya v osnovnom sostoyaniem ispituemoj poverkhnosti obraztsov. Zaschita poverkhnosti ot vneshnikh povrezhdenij mozhet privesti k uvelicheniyu vremennogo soprotivleniya do 500 daN/mm2 , t.e. pochti do teoreticheskoj prochnosti stekla. Prochnost' i razrushenie zavisyat ot uslovij deformirovaniya, vida napryazhennogo sostoyaniya, razmerov obraztsov, prodolzhitel'nosti nagruzheniya, temperaturi ispitanij, nalichiya i velichini ostatochnikh napryazhenij.

Treschini v stekle napravleni obichno perpendikulyarno k maksimal'nim rastyagivayuschim napryazheniyam. Stroenie izlomov stekol imeet zakonomernij kharakter v otnoshenii ochaga razrusheniya, napravleniya i skorosti treschin, vida napryazhennogo sostoyaniya. Silikatnie stekla raznoj prochnosti imeyut raznoe stroenie izlomov. Po razmeram zerkal'noj zoni izloma mozhno otsenit' nominal'nie razrushayuschie napryazheniya.

Kartina razrusheniya stekla v opredelennoj mere kharakterizuet razvitie protsessa treschinoobrazovaniya. Poetomu traektorii treschin i stroenie izlomov mozhno ispol'zovat' dlya rasshifrovki i opisaniya razrushenij izdelij iz stekla.

Nastoyaschaya kniga yavlyaetsya rezul'tatom eksperimental'nogo izucheniya razvitiya treschin i stroeniya izlomov v obraztsakh i konstruktsiyakh iz silikatnikh stekol, sitallov, stekloemalej pri raznikh vidakh napryazhennogo sostoyaniya, temperaturakh, sostoyaniyakh materialov.

Privedennie zdes' eksperimental'nie dannie osnovani na ispitaniyakh i izuchenii bolee chem desyatka tisyach obraztsov razlichnikh konstruktsij iz promishlennikh stekol tipa LK-5, VVS, opticheskikh sitallov i stekloemalej.


Ob avtorakh
Stanislav Sergeevich SOLNTsEV

Doktor tekhnicheskikh nauk, professor. Zasluzhennij izobretatel' RSFSR, laureat premii Pravitel'stva Rossijskoj Federatsii, nagrazhden ordenom Druzhbi narodov, medalyami. Prezident-akademik Mezhregional'noj akademii problem emalirovaniya, dejstvitel'nij chlen Amerikanskogo keramicheskogo obschestva. V kachestve professora vedet prepodavatel'skuyu rabotu v MATI. S.S.Solntsev -- uchenij v oblasti fiziko-khimii i tekhnologii materialov i pokritij na osnove stekla i keramiki. Yavlyaetsya osnovatelem i rukovoditelem ryada visokoeffektivnikh novikh nauchnikh napravlenij v oblasti visokotemperaturnikh steklokeramicheskikh materialov i pokritij, razrabativaemikh vozglavlyaemoj im nauchnoj shkoloj, rezul'tati rabot kotoroj uspeshno ispol'zuyutsya v aviatsionnoj, kosmicheskoj i drugikh otraslyakh novoj tekhniki. Avtor knig "Zaschitnie pokritiya metallov pri nagreve" (v soavt. s A.T.Tumanovim, 1976) i "Zaschitnie tekhnologicheskie pokritiya i tugoplavkie emali" (1984).

Evgenij Mikhajlovich MOROZOV

Doktor tekhnicheskikh nauk, professor kafedri fiziki prochnos-ti Moskovskogo inzhenerno-fizicheskogo instituta (MIFI). Izvestnij uchenij v oblasti mekhaniki razrusheniya i prochnosti tverdikh tel. Odin iz initsiatorov razvitiya mekhaniki razrusheniya v nashej strane. Laureat premii Soveta Ministrov SSSR. Zasluzhennij deyatel' nauki RF. Vklyuchen v ryad anglo- i russkoyazichnikh izdanij knig "Kto est' kto". Avtor ryada monografij i uchebnikh posobij po mekhanike razrusheniya, v chislo kotorikh vkhodyat "Metod konechnikh elementov v mekhanike razrusheniya" (v soavt. s G.P.Nikishkovim, 1980; 2-e izd. URSS, 2008) i "Mekhanika kontaktnogo razrusheniya" (v soavt. s Yu.V.Kolesnikovim, 1989; 2-e izd. URSS, 2007), a takzhe poluchivshee shirokuyu populyarnost' rukovodstvo "ANSYS v rukakh inzhenera" (v soavt. s A.B.Kaplunom i M.A.Olfer'evoj; URSS, 2003, 2004).