книги / Физические основы торможения разрушения

менения траектории движения трещины — взаимодействие её с полосами скольжения, в результате которого она, в частности, идет по плоскости (ПО). Едва ли не каждое изменение режима разрушения вызвано тем, что дислокации в вершине трещины начинают взаимодействовать с полосой скольжения, состоящей из множества рядов краевых дислокаций.

ного суммирования определяли силу взаимодействия единичной дислокации в вершине трещины с дислокациями в полосе сколь­ жения. Эту величину подсчитывали на ЭВЦМ «Одра» для единич­ ной полосы, пачки скольжения и системы пересекающихся пачек (рис. 56) по формулам

CD

сдвига; v — коэффициент Пуассона; у — расстояние от трещины до полосы; хп — расстояние до дислокации, равное х +

h — расстояние между дислокациями; 0 — угол между векторами

и наклонный, показывающий рост сил сопротивления продвиже­ нию трещины по направлению к полосе, когда расстояние от вершины трещины до полосы соизмеримо с расстоянием между дислокациями.

Три семейства кривых характеризуют силу взаимодействия трещины и полосы скольжения при различных расстояниях между дислокациями в полосе скольжения. Как видно из рис. 57, с умень­ шением расстояния между дислокациями, т. е. с увеличением плотности их в полосе скольжения, сила Fyy являющаяся отталки­ вающей, так как направлена навстречу движению трещины, резко

= 1 10"5 см значение Fy = 70 дин/см. Когда расстояние от вер­ шины трещины до полосы становится соизмеримым с расстоя­ нием между дислокациями, сила отталкивания скачкообразно возрастает. В этом случае сказывается непосредственное влия­ ние дислокаций полосы на трещину. Поэтому несомненный инте­ рес представляет анализ поведения трещины при входе ее в полосу

m

скольжения. Как влияют дислокации полосы иа трещину с уда­ лением их от вершины? Был рассмотрен случай, когда у <<Л .

При у < < /г, когда трещина приближается к полосе сколь­ жения, можно считать, что она взаимодействует с единичной ди­ слокацией. Тогда выражения для сил имеют вид

ных х. С удалением дислокации от вершины трещины сила взаи­ модействия уменьшается; так, для X = 110 -4 см величина Fy — 1,5 дин/см, а для х — 1,5 см она составляет ty = 8,2 дин/см. Естественно, что влияние каждой последующей дислокации по­ лосы слабее, чем предыдущей. Все кривые на графике имеют эк­ стремальные точки, которые сдвигаются влево с уменьшением х. После прохождения экстремальной точки сила отталкивания уменьшается. Это можно объяснить следующим образом. Так как дислокации полосы и трещины — одного знака, по мере приближения трещины к полосе головные дислокации испыты­ вают действие сил отталкивания со стороны дислокаций полосы. Эти силы заставляют трещину проходить полосу при х, близких к h/2. Следовательно, находясь между двумя дислокациями, действие которых на вершину одинаково, трещина идет посредине между ними, что соответствует экстремуму на графике. После того как трещина выходит из полосы, влияние дислокаций на нее падает, с чем и связано уменьшение силы отталкивания на

Экспериментально установлено, что трещина тормозится и пе­ ред полосой скольжения, и после нее. Это можно объяснить тем, что доминирует тормозящее влияние сжатия. Если дислокации полосы и трещины одного знака, то трещина попадает в зону сжи­ мающих напряжений полосы и притормаживается. Если же ди­ слокации полосы и трещины разного знака, то трещина замедляется по другую сторону барьера в зоне сжимающих напряжений. Полученные при расчете результаты подтверждают изложенное. Поэтому независимо от того, какой знак имеют дислокации по­ лосы скольжения, трещина тормозится либо перед полосой, либо за ней.

Если трещина проходит через пачку скольжения, состоящую из множества полос, расстояния между которыми соизмеримы с интервалом между дислокациями в полосе, то, попадая перио­ дически в зоны сжатия, она теряет упругий потенциал в вершине и тормозится.

Торможение быстрых трещин полосами скольо/сения. Заклю­ чительный этап разрушения — лавинное распространение тре­ щины. Физические закономерности движения трещины дают осно­ вание полагать, что быструю закритическую трещину можно затормозить и остановить.

В частности [182], тормозящее влияние оказывают полосы сдвига, уменьшающие напряжения на определенных этапах процесса разрушения.

Из монокрметаллических блоков NaCl и LiF выкалывали кристаллы раз­ мерами 3X 12X 40 мм. Мощные пачки полос скольжения создавали квазистатическим сжатием образцов между двумя призмами (рис. 59). В поляризованном свете пачки полос скольжения имеют вид ярких светлых полос вследствие остаточных упругих напряжений. Напряжения, определяемые при помощи кальцитового компенсатора, достигают вблизи индентора 400 кгс/см2 в кри­ сталлах LiF и 200 кгс/см2 в кристаллах NaCl, постепенно уменьшаясь к концу полосы. Распределение напряжений иллюстрируется рис. 59: в полосе — напря­ жения сжатия, по краям тонкой кай­ мой — растяжения.

Исходная трещина инициирова­ лась импульсом электрогидравлического удара. Для исследования полей напряжений вводили поляризатор и анализатор. Изоклины устраняли че­ твертьволновыми слюдяными пластин­ ками толщиной 17 мкм. Для освеще­ ния кристалла использовали лампу ИСШ-100-3, питаемую от двух импуль­ сных конденсаторов ИМ-5-150. Фотоупругая картина в вершине движу­ щейся трещины регистрировалась ки­ нокамерой СФР-1М при частоте 480 000 кадров в секунду в масштабе 1 : 1,3.

165

Расчеты числа полос, необходимых для остановки трещины, Движущейся с определенной скоростью, если учесть взаимодей­ ствия напряжений сжатия с напряжениями растяжения трещины, дают удовлетворительное совпадение с экспериментом. Например, трещину, распространяющуюся со скоростью 300—400 м/с в LiF, можно остановить одной пачкой скольжения шириной 1 мм. При скорости 700—800 м/с достаточно 3—4 подобных пачек по­ лос скольжения.

Взаимодействие растягивающих напряжений вершины тре­ щины со сжимающими напряжениями пачки скольжения рассма­ тривалось также Л. Н. Муратовой. Прорыв трещины приводит к полной аннигиляции сжимающих напряжений полосы. С при­

Когда трещина вплотную подходит к барьеру, происходит ком­ пенсация сжимающих напряжений.

Попадая в зону деформации, трещина начинает тормозиться, скорость ее уменьшается с 900 до 500 м/с. При этом полоса ши­ риной 0,4 мм удерживает трещину в течение 4,2 10-6 с. С увели­ чением мощности пачки в два раза продолжительность остановки увеличивается до 20 • 10~°с. Дефект, состоящий из пачки сколь­ жения шириной 1,5 мм, полностью останавливает процесс.

Следовательно, пачки скольжения представляют собой доста­ точно эффективный барьер не только для квазистатической, но и для быстрой трещины скола.

Сопоставление опытных данных, относящихся к торможению трещин двойниковыми прослойками и полосами скольжения, свидетельствует о том, что эффективность последних существенно выше.2

2. ТОРМОЖЕНИЕ ТРЕЩИН ПОЛОСАМИ БРИЛЛИАНТОВА—ОБРЕИМОВА

В 1934—1935 гг. Н. А. Бриллиантов и И. В. Обреимов [183] обнаружили в кристаллах NaCl области с очень большим раз­ воротом кристаллической решетки, названные ими иррациональ­ ными двойниками. Эти деформированные районы создавали на поверхности кристаллов фасетки, разориентированные под раз­ личными углами. По мнению Н. А. Бриллиантова и И. В. Обреимова, это был новый вид деформации, подобный, хотя и не экви­ валентный двойникованию, и абсолютно не связанный с трансля­ ционным скольжением.

Впоследствии В. Л. Инденбом и А. А. Урусовская [184] по­ казали, что образование «двойников» Бриллиантова—Обреимова носит трансляционный характер. Из-за неоднородности напряжен­ ного состояния поперечное сечение кристалла деформируется неодинаково, в результате чего вследствие трансляционного сдвига происходит взаимный поворот смежных областей. При этом разориеитация фасеток совпадает с поворотом соседних областей.

167