книги / Физические основы торможения разрушения

ния трещины. Допустим, речь идет о каком-то механизме, в кото­ ром медленно накапливаются дефекты, ведущие к зарождению микротрещин, и о котором известно, что его разрушение в рамках моторесурса невозможно. В случае машин такого рода может оказаться достаточным определение среднестатистического уровня дефектности структуры, что можно сделать уже сейчас с помощью, например, акустических методов, чтобы в чисто техническом масштабе оценить опасность ситуации и выполнить ремонтные ра­ боты еще до появления макротрещины. Это, однако, относится ско­ рее к макроскопической ориентировочно прогнозирующей дефек­ тоскопии.

Диагностические элементы, фиксирующие сам факт появления разрушения, в техническом плане не вызывают каких-либо прин­ ципиальных затруднений. Опираясь на акустические, электри­ ческие, магнитные, оптические и другие принципы, такие датчики можно построить для любой современной машины. Единственное осложнение в этом случае — отфильтровывайие естественных шумов и фонов охраняемого объекта, способных перекрыть поле возникающей трещины, с целью выделения собственных сигналов разрушения.

Системы лоцирования трещины, относительно простые в слу­ чае статического или квазистатического разрушения, могут ока­ заться достаточно сложными при переходе к динамике, поскольку временные интервалы протекания всего процесса разрушения сжи­ маются до десятков, в лучшем случае до сотен микросекунд. Известные трудности могут вызвать в этом случае и ограниченные размеры детали, приводящие к отражениям от ее краев, т. е. к ложным множественным сигналам.

Вместе с тем, как показано в гл. VI, существует и другой ва­ риант, полностью исключающий этап лоцирования. При этом ва­ рианте используется самообнаружение трещины при распростра­ нении по поверхности оберегаемого объекта высоковольтного электромагнитного импульса. Сложности, с которыми, возможно, пришлось бы столкнуться в этом последнем случае, состояли бы в том, что при таком рассмотрении предполагались электрическая монолитность конструкции и отсутствие в ней любых переходных электрических сопротивлений и концентраторов электрического тока.

В противном случае эти последние могут сыграть роль тре­ щины и «отсосут» электромагнитный импульс. Немаловажно и то обстоятельство, что вес электромагнитного устройства может оказаться чрезмерным.

Тем не менее метод динамической засверловки вершины тре­ щины с помощью импульсов тока представляется относительно простым, а потому и реальным, тем более, что, пропуская элек­ трический ток по металлу, можно создавать в нем не только си­ ловые, температурные и термоупругие поля требуемой конфи­ гурации, но и значительно облегчать пластическую деформацию

340

в вершине трещины, что в свою очередь содействует ее затуплению. Укажем в связи с этим на определенные В. М. Финкелем, Ю. И. Головиным, А. А. Слетковым1 температуры в окрестностях вершины трещины, достигающие 2000° С, а часто и превышающие эту величину. Совокупность многих факторов способна сущест­ венно и благоприятно для торможения повлиять на процессы, происходящие в вершине трещины. Несмотря на приведенные не­ достатки, торможение закритических трещин импульсами элек­ трического тока в связи с высоким быстродействием и способно­ стью к самообнаружению трещин позволяет надеяться на сравни­ тельно простое техническое решение проблемы локализации хруп­ кого разрушения.

Если система рецепторов отметит возникновение трещины, а вычислительное устройство определит, где это произойдет и куда и как начнет распространяться разрушение, установление си­ стемы обратной связи, обязанной передать команду на исполни­ тельный механизм, способный осуществить собственно торможе­ ние, не представит затруднений.

Сложности могут возникнуть в дальнейшем и будут, на наш взгляд, заключаться в следующем. Для воздействия на трещину необходимо импульсное усилие. Это может быть или электрический ток, обтекающий трещину, или упругий импульс механической природы (продольный, поперечный, поверхностный), или магнит­ ный импульс. При этом кратковременно приложенная нагрузка, очевидно, должна быть достаточной для торможения трещины и не­ достаточной для разрушения самой конструкции. Кроме того, часто желательно, чтобы воздействие на трещины было сугубо локализованным и не сопровождалось генерированием волн, распространяющихся по конструкции уже после торможения. Это сложный вопрос. Например, выше обсуждалась проблема торможения электрическим импульсом. Такое торможение имеет ряд бесспорных достоинств. Однако следует отметить и ее сущест­ венный недостаток:образование кратера в вершине трещины носит явно выраженный взрывной характер. Мало того, что этот про­ цесс ведет к излучению упругих колебаний; он может оказаться и более опасным в связи с тем, что из кратера фонтанирует веще­ ство с довольно высокими скоростями *, достигающими 1000 и более метров в секунду.

Не проще обстоит дело и тогда, когда для торможения трещины используется взрыв небольшого количества в. в. или, скажем, проволочки. В этом случае на трещину воздействуют как импульсы ударных воли, обрушивающихся на ее устье и берега, так и непо­ средственное «погружение» вершины в очаг взрыва. В последнем случае взрыв сопровождается образованием кратера разрушения,

341

играют также трещины, возникающие в результате взрыва и взаи­ модействующие с магистральной. Как бы то ни было, но взрыв, осуществляемый с целью торможения разрушения, вводит в охра­ няемую конструкцию дополнительные повреждения, способные сыграть негативную роль в дальнейшем.

Подобные же осложнения возможны и при разработке в буду­ щем методов торможения трещин путем создания в области, ожи­ дающей наступления разрушения, скажем, системы взаимодей­ ствующих трещин или проведения насильственного ветвления не­ посредственно на быстро движущейся трещине. Едва ли не каждый раз приходится образовывать новые микро- и макротрещины, т. е. дополнительно нарушать сплошность изделия. Представляется поэтому, что названные и смежные с ними методы повышения на­ дежности имеют ограниченный характер и пригодны, по-видимому, для немедленного прерывания разрушения во избежание ката­ строфических последствий в данный момент. При этом нельзя рассчитывать, что дополнительно «травмированная» конструкция будет надежно служить в необозримом будущем, поэтому такие методы имеют лишь кратковременную цель. Предполагается при этом продлить жизнь конструкции на считанные минуты и часы, чтобы безаварийно закончить технологический цикл службы де­ тали и осуществить ее капитальный ремонт.

Много большего можно ожидать от линейной постановки за­ дачи, например при достижении высоких конструктивных проч­ ностей в рамках осуществления надструктурной (полевой) проч­ ности. В этих условиях сплошность тела не нарушается, во вся­ ком случае не создаются дополнительные дефекты. Всегда сущест­ вует возможность «возвращения» к неразрушенной детали, если акт вовлечения внешнего упрочняющего систему поля произошел до наступления разрушения. Если же разрушение уже началось и поле его остановило, то воздействие может быть более умеренным, чем, скажем, взрывное. Примером этого является влияние обжима­ ющего термоупругого и магнитного поля на трубопровод до насту­ пления разрушения, когда трещина вынуждена вторгаться в до­ полнительно стесненную область, или во время разрушения. В обоих случаях торможение не создает новых разрушений. Ко­ нечно, если бы в будущем удалось активно воздействовать на об­ щий уровень сил связи, увеличивая их на какой-то промежуток времени, — это было бы предпочтительным.

По-видимому, сегодня наиболее реальны методы' создания в конструкции упрочняющих макро- и микробарьеров, останав­ ливающих разрушение, если оно уже началось, или мешающих его возникновению еще на уровне образования микротрещин.

Создание системы микродефектов, препятствующей сопротив­ лению разрушения, — задача вполне посильная уже сегодня, идет ли речь о «конструировании» распределения дислокаций после скольжения полос Бриллиантова—Обреимова, сброса и пр. Задача более очевидна, когда речь идет о торможении уже сущест­

342

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Финкель В. М. Физика разрушения. М., «Металлургия», 1970, 376 с. с ил.

2. Седов Л. И. Механика сплошной среды. Т. 4. М., «Наука», 1970. 568 с с ил.

3.Партой В. 3., Морозов Е. М. Механика упруго-пластического разрушения.

М., «Наука», 1974. 416 с. с ил.

4.Кочанов Л. М. Основы механики разрушения. М ., «Наука». 312 с. с ил.

5.Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. М., «Наука», 640 с. с ил. 6. Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. Киев,

«Наукова думка», 1968, 328 с. с ил.

7.Работнов Ю. Н. — В кн.: Проблемы механики твердого деформированного тела. Л ., «Судостроение», 1970, с. 55—58.

p. 377—365, il.

11.Боджи (Body D. B.) — «Прикладная механика». Tp. Американского общества инженеров-механиков. 1971, т. 57, сер. Е, № 4, с. 196—202 с ил.

12. W illiams М. L. — «Bull of the Seismological Society of America», 1959, v. 49,

№ 2, p. 199—204, il.

13.Ингленд (England A. N.) — «Прикладная механика. Tp. Американского об­

сил.

17.Лоеобер (Lber J. Е.), Си (Sih G. С.) — «Прикладная механика, Тр. Аме­

19.Кассир (Kassir M. К.), Брегман (Bregman A. M.) — «Прикладная механика, Tp. Американского общества инженеров-механиков», 1972, т. 39, сер. 9, № 1, с. 160— 162.

20. Етов В. М., Салганик Р. Л. — «Изв. АН СССР. Механика», 1965, № 5,

с.95— 102 с ил.

21.Gotoh М. — «Int. J. Fract. Mech.», 1967, v. 3, № 4, p. 253—265, il.

22.Clements D. L. — «Int. J. Engng. Sci.», 1971, v. 9, № 2 , p. 257—265.

23.Гольдштейн P. В., Салганик P. Л. — ПМТФ, 1963, № 5, c. 62—68, с ил.

24. Гольдштейн P. В. — «Инж. ж. МТТ», 1966, № 5, с. 93— 102.

25 Romialdi a. Sanders Р. Н. — In: Proc. 4-th Midwest Confer. Solid. Mechanics

29.Партон В. 3. — «Проблемы прочности», 1970, № 1, с. 56—63, с ил.

30.Черепанов Г. П., Мирсалимов В. М. — «Изв. АН Азербайджанской ССР.

Серия физико-технических и математических наук», 1969, № 1, с. 7— 11 с ил.

31.Финкель В. М., Середа В. Е. — «Вопросы металловедения и физики металлов». Вып. 2. Тула, изд. Тульского политехнического института, 1974. 157 с. ил.

344

35.Cottrell A. X. — «Birmingahem. Metall. Soc.», 1964, v. 44, p. 2— 13, il. ЭИМТ; 1964, № 46, реф. 214.

36. Келехсаев В. Я., Лашко М. Ф. — «Автоматическая сварка», 1963, № 3,

с.13—20 с ил.

37.Абабков В. Т., Гуляев А. П. — МиТОМ, 1968, № 7 с. 49—53 с ил.

38.Навроцкий И. В., Томенко Ю. С., Долженков Ф. Е.— «Изв. АН СССР. Ме­

40.«Mater. Eng.», 1968, v. 67, № 1, р. 56, il.

41.McCartney R. F., Richard R. C., Trozzo P. S. — «Trans. ASM», v. 60, Metals

Park, Ohio, 1967, p. 384—394 (ЭИ MT, 1968, № 33, реф. 127, c. 16—31 с ил.).

р. 169— 175, il.

44.Bluhm J. I. Fracture An Advanced Treatise. V. 5. New-York, s. London, Academie Press, 1969, p. 1—63, il.

45.Creager M., Liu A. F. — «А1АА Paper», 1971, v. 113, № 8, p. 1—8, il.

46.Almond E. A., Petch N. J., Wraith A. E., Wright E. S. — «J. Iron a. Steel

51.Финкель В. М., Куткин И. А. — ФММ, 1962, т. 14, № 5, с. 775—778 с ил.

52.Баренблатт Г. И., Салганик Р. Л. — ПММ, 1963, т. 27, № 3, с. 436—449 с ил.

53. Косевич В. М. — «Кристаллография», 1962, т. 7, № 1, с. 97— 102 с ил.

54.Косевич В. М. — ФММ, 1963, т. 15, № 3, с. 327—333 с ил.

55.Финкель В. М., Куткин И. А., Савельев А. М. и др. — «Кристаллография», 1963, т. 8, № 5, с. 752—757 с ил.

56.Михайлов А. М. — ПМТФ, 1965, № 5, с. 90—94 с ил.

57. Финкель В. М., Куткин И. А. — «Изв. вуз. Физика», 1962, № 1, с. 173— 174.

58.Александров А. П., Журков С. Н. Явления хрупкого разрыва. М.—Л., Гостехиздат, 1933. 52 с. с ил.

p. 4448—4450, il.

61.Atkinson C. — «Int. J. Engng. Sci.», 1972, v. 10, № 1, p. 45—71.

62.Финкель В. M., Березовский В. Н., Зрайченко В. А. — «Изв. вуз. Черная

металлургия», 1963, № 12, с. 126— 132 с ил.

63.Мак Лин Д. Механические свойства металлов. Пер. с англ. М., «Металлур­ гия», 1965, 432 с. с ил.

64.Гилман Д. — В кн.: Разрушение твердых тел. Пер. с англ. М., «Металлургия», 1967, с. 336—343 с ил.

65.Финкель В. М., Иванов В. П., Середа В. Е., Тялин Ю. И.— ФТТ, 1974, т. 16, вып. 3, с. 945—947 с ил.

66. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. Пер.

сангл. М., «Мир», 1970. 444 с. с ил.

67.Wiederhorn S. — «Trans. Metall. Soc. А1МЕ», 1962, v. 224, № 2, p. 272— 275, il.

68. Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокации. М., Атомнздат, 1972. 599 с. с ил.

69.Грабский М. В. Структура границ зерен в металлах. М., «Металлургия», 1972. 158 с. с и л .

345

70. Li I. M. — «J. Appl. phys.», 1961, v. 32, № 3, p. 5

71.Финкель В. M., Иванов В. П., Середа В. Е., Муратова Л. Н. — «Труды МИХМа», Вып. 52. М., 1974, с. 19—32 с ил.

72.Александров А. Ям Ахметзянов М. X. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. М., «Наука», 1973. 576 с. с ил.

73.Финкель В. М., Иванов В. П., Середа В. Е., Тялин Ю. И. — «Материалове­ дение. Физика и химия конденсированных сред». Вып. 1. Воронеж, Воро­

нежский политехнический институт, 1974, с. 145— 159 с ил.

74.Isida М. — «Eng. Fract. Mach.», 1970, v. 2, № 1, p. 61—79, il.

75.Трумбачев В. Ф., Катков Т. А. Измерение напряжений и деформаций методом фотоупругих покрытий. М., «Наука», 1966. 115 с. с ил.

76.Дюреллн А., Райли У. Введение в фотомеханику. М.,«Мир», 1970. 484 с. с ил.

77.Финкель В. М., Масловская 3. А., Дорошенко Н. К- — ФТТ, 1966, т. 8, вып. 9,

89.Финкель В. М., Подкауро А. М., Иванов В. П., Тялин Ю. И. — «Изв. вуз. Физика», 1975, № 1, с. 50—55 с ил.

90.Арфкен Г. Математические методы в физике. Пер. с англ. М., Атомиздат, 1970. 712 с с ил.

91.Финкель В. М., Воронов И. Нм Савельев А. М. и др. — ФММ, 1970, т. 29, вып. 6, с. 1248— 1256 с ил.

92.Финкель В. М., Воронов И. Н., Савельев А. М. и др. — «Проблемы прочно­ сти»,- 1970, № 3, с. 8— 16 с- ил.

93.Классен-Неклюдова М. В. Механическое двойникование кристаллов. М.,

Изд-во АН СССР, 1960. 262 с. с ил.

94. Финкель В. М., Федоров В. А . — «Кристаллография», 1973, т. 18, вып. 3,

с.593—598 с ил.

95.Пальцун Н. В., Приварников А. К* — «Инж. ж. МТТ», 1968, № 3 , с. 181— 184.

96.Солдатов В. П., Старцов В. И., Чайковская Н. М., Данилевич Т. О. — ФТТ, 1970, т. 12, № 1, с. 79—82 с ил.

97.Гарбер Р. И., Степина Е. И. — ФТТ, 1965, т. 7, вып. 1, с. 161— 166 с ил.

98. Райс Г. Б. — «Кристаллография», 1958, № 3, вып. 1, с. 101— 104 с ил.

99.Молотилов Б. В.—«Кристаллография», 1962, т. 7, вып. 2, с. 252—256 с ил.

100.Кузнецов Б. А. — В кн.: Поляризационно-оптический метод исследования напряжений. Труды V Всесоюзной конференции по поляризационно-опти­ ческому методу исследования материалов. Л ., Изд-во ЛГУ, 1966, с. 164—

169 с ил.

101. Финкель В. М .— «Физико-химическая механика материалов», 1966, т. 2,

№4, с. 388—393 с ил.

102.Кузьмин Е. А., Пух В. П. — В кн.: Некоторые проблемы прочности твердого тела. М.—Л ., Изд-во АН СССР, 1959, с. 367—374 с ил.

103. Финкель В. М. — ФММ, 1966, т. 21, вып. 3, с. 461 463,

346

104. Финкель В. М.. Савельев А. М. — ФММ, 1962, т. 13, вып. 6, с. 710—717 с ил. 105. Mott N. F. — «Engineering», 1958, v. 165, t. 2, p. 16— 18, il.

106.Rose G. — «Pnysik. Abbandl. Icon. Akad. Wiss. Berlin», 1868, S.57—79, il.

107.Czochralsky J. Moderne Metallkunde. Berlin, 1924, p. 292.

109.Райс Г. Б. — «Изв. вуз. Физика», 1962, № 4, с. 79—84.

110.Яковлева Э. С., Якутович М. В. — ЖТФ, 1950, т. 20, № 4, с. 420—423 с ил.

111.Финкель В. М., Федоров В. А. — ДАН СССР, 1972, т. 204, № 4, с. 844— 847 с ил.

112.Erdogan F., Gupta G. — «Int. J. Solids, a. Struct.», 1971, v. 7, № 1, p. 39—

61, il.

ИЗ. Гарбер P. И. — ДАН СССР, 1938, т. 21, № 5, с. 233—235 с ил.

114.Erdogan F., Gupta G. — «Int. J. Solids a. Struct.», 1971, v. 7, № 8,p.r1089— 1007, il.

115.Мусхелишвили H. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М , «Наука», 1966. 707 с. с ил.

116.Савин Г. Н. Концентрация напряжений около отверстия. Л ., Гостехтеорегиздат, 1951. 496 с. с ил.

117.Иванова В. С. Усталостное разрушение металлов. М., Металлургиздат, 1963. 272 с. с ил.

118. Edwards A., Goodier I. N. — «J. Appl. Mech. Trans. ASME», 1939, v. 55,

p. 39.

119.Панасюк В. В., Бережницкий Л. Т., Труш И. И. — «Проблемы прочности», 1972, № 7, с. 3—9 с ил.

120.Kinoshita N., Mura Т. — «Phys. Sat. Sol.», 1971, v. 5, № 3, p. 759—768, il.

121.Чен (Chen W. T .) — «Прикладная механика. Tp. Американского общества ииженеров-механиков», 1970, т. 37, № 1, с. 88—96, с ил.

122.Мелан Э., Паркус Г. Термоупругие напряжения, вызываемые стационар­ ными температурными полями. Пер. с нем. М., Физматгиз, 1958. 167 с. с ил.

123. Павлов И. М., Крупин А. В. — «Труды Института металлургии им.

А. А. Байкова». Вып. 7. М., Изд-во АН СССР, 1960, с. 15—19 с ил.

124.Павлов И. М., Крупин А. В. — «Научные доклады высшей школы», 1958,

№ 1, с. 111— 116 с ил.

125.Замостяник Н. Е., Кислицкий А. Б., Карпенко Г. В. — «Физико-химиче­ ская механика материалов», 1970, т. 6, № 2, с. 55—96 с ил.

126. Gulbransen L. В., Chatterjee S. К* — «Trans. ASME», 1968, v. D90, N« 4,

p.620—622, il.

127.Кузнецов Б. A. — «Заводская лаборатория», 1957, т. 23, № 5, с. 610—611.

128.Кузнецов Б. А. — ДАН СССР, 1964, т. 159, № 1, с. 53—56 с ил.

129.Александров А. Я., Ахметзянов М. X. — ПМТФ, 1961, № 6, с. 99— 110 с ил.

130.Александров А. Я-, Ахметзянов М. X., Краснов Л. А. — «Методы и приборы тензометрии». Вып. 5. М., ГОСИНТИ. Передовой научно-технический опыт, 1964, с. 14— 19 с ил.

131.Ахметзянов М. X. — «Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение»,

1963, № 1, с. 159— 162 с ил.

132.Воронцов В. Км Полухин П. И. Фотопластичность. М., «Металлургия», 1969. 400 с. с ил.

133.Финкель В. М., Елесина О. П., Зрайченко Б. А., Мижакова Э. А. — МнТОМ, 1971, № 4, с. 26—30 с ил.

136.Esdorg H. W., Smith J. — «J. Appl. Phys.», 1962, v. 33, № 5, p. 1750— 1754, il.

137.Элбаун К* — В кн.: Успехи физики металлов. Т. 5. М., Металлургиздат, 1963, с. 238—298 с ил.

138.Финкель В. М., Елесина О. Пм Федоров В. А., Зрайченко В. А. — МиТОМ, 1971, № 7, с. 55—61 с ил.

139.Финкель В. М., Елесина О. П., Барышев Г. А. и др. — «Изв. вуз. Черная металлургия», 1969, № 8, с. 120— 123 с ил.

347

348

и топливо», 1962, № 6, с. 112— 124 с ил.

177.Орлов А. Н. — ФТТ, 1961, вып. 3, № 2, с. 500—504 с ил.

178.YoKobori I. — «Int. J. Fract. Mech.», v. 4, № 2 , p. 188—205, il.

180.Финкель В. M.f Муратова Л. H. Иванова В. П. — ФТТ, 1973, вып. 6,

с1917_1919 с ил>

181.Gilman J . J . — «J. Appl. Phys.», 1961, v. 32, N 4, p. 738—739, il.

182.Финкель В. M., Савельев А. М., Воронов И. Н., Хмелевский А. С.—ФТТ, 1970, т. 12, вып. 1, с. 257—259 с ил.

т.16, вып. 1, с. 284—286 с ил.

186.Финкель В. М., Муратова Л. Н., Иванов В. П. и др. — «Проблемы проч­

ности», 1974, № 10, с. 10— 14 с ил.

187.Wiederhorn S. J . — «Phil. Mag.», 1963, v. 8, N 96, p. 2109—2113, il.

188.Wiederhorn S. J . — «J. Appl. Phys.», 1963, v. 34, N 8, p. 2195—2134, il.

189.Irwin G. R. — «Oroc. SESA», 1958, v. 26, N 1, p. 93—96, il.

190.Урусовская A. A. — В кн:. Некоторые вопросы физики пластичности

кристаллов. Итоги науки. М., Изд-во АН СССР, 1960, с. 75— 116 с ил.

191.Классен— Неклюдова М. В., Урусовская А. А. — В кн.: Проблемы кристаллогии (Сборник, посвященный 80-летию акад. М. В. Белова). М., Изд-во

N.Y ., 1963, p. 713—779, il.

194.Корнфельд M. И. — ФТТ, 1971, T. 13, вып. 2, c. 474— 479 с ил.

195.Урусовская A. A. — УФН, 1968, T. 96, вып. 1, c. 39—60 с ил.

204.Зуев Л. Б., Дорошенко Н. К-> Финкель В. М., Каминская Л. Н. — ФТТ, 1972, т. 14, вып. 8, с. 2435—2436 с ил.

205.Инденбом В. Л. — В кн.: Физика щелочно-галоидных кристаллов. Рига, Изд-во Латвийского ГУ, 1962, с. 439—452 с ил.

206.Парийский В. Б., Шаповалов И. А. — «Физика конденсированного состоя­ ния». Вып. 5. Харьков, ФТИНТ АН УССР, 1969, с. 200.

207.Зуев Л. Б., Громов В. Е., Нарожный А. Н., Царев О. К-—ФТТ, 1974, т. 16, вып. 2, с. 471—475 с ил.

208.Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. М., «Наука», 1973. 279 с. ил.

349