Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

 
Рис. 1.11.
Накопление микротрещин (
С
) и скорость их накопления (
dС/dt
) [
1.44
]. 

---

34 
Рис. 1.12.
Две стадии разрушения: стационарная (a), очаговая (б), и схема 
излучения акустических сигналов при образовании трещин (в); 
E
— энергия 
излучения, 
t 
— время,
 F 
— нагрузка, 
Li 
— размер начальных трещин, 
Ls
— размер 
второго ранга,
 S 
— область очага разрушения [1.44]. 
На первой стадии (рис.1.12, a) происходит делокализованное накопление 
одиночных стабильных микротрещин в объеме тела, приводящее вследствие 
флуктуаций 
концентрации 
трещин 
к 
образованию 
ансамблей 
близкорасположенных трещин, способных к взаимодействию и слиянию, и, в 
конечном итоге, к формированию очага разрушения. Вторая стадия (рис.1.12, 
б) 
определяется 
локализованным 
развитием 
очага 
разрушения, 
заканчивающимся появлением магистральной трещины с разрушением 
образца. Количественно переход от первой стадии накопления трещин к 
появлению ансамблей или кластеров проанализирован в [48]. Определяющим 
параметром такого перехода является концентрационный параметр 
K = r
i
/L
, 
(1.20) 

---

35 
где 
L
– размер образующихся трещин, 
r
i
– средние расстояния между 
трещинами. Активное образование кластеров начинается при значениях 
K
≈3. 
Уравнение (1.13) позволяет с логарифмической точностью оценить 
время до разрушения нагруженного тела, если известны входящие в него 
параметры. 
Двустадийная 
модель, 
в 
свою 
очередь, 
позволяет 
сформулировать физические принципы прогнозирования макроскопического 
разрушения и существенно повысить точность оценки момента разрушения. 
Если есть возможность контролировать тем или иным методом процесс 
накопления повреждений и заметить переход из первой стадии накопления 
повреждений во вторую, это и было бы предсказание предразрушающего 
состояния. Кроме того, процесс накопления повреждений является 
стохастическим, что позволяет использовать целый ряд статистических 
параметров для описания процесса накопления повреждений, которые 
закономерно должны меняться при переходе из квазистатической стадии 
накопления повреждений в стадию развития локализованного очага 
разрушения. 
Так, согласно рис.1.11 кривая накопления дефектов (микротрещин) 
С
сначала быстро нарастает, затем становится пологой. При появлении очага 
разрушения интенсивность зарождения дефектов вновь возрастает до 
окончательного разрушения. Средние расстояния между дефектами при их 
хаотическом делокализованном зарождении на первой стадии остаются 
постоянными и резко уменьшаются при появлении локализованного очага 
разрушения. Особенно информативным является параметр, связанный с 
временными интервалами между хронологически последовательными актами 
образования дефектов. Во-первых, он связан со скоростью зарождения 
дефектов и может описывать кривую их накопления. На стационарном 
участке, где скорость накопления дефектов постоянна, этот параметр тоже 
остается постоянным и уменьшается при активном развитии очага 
разрушения (рис.1.12, в). 

---

36 
Двухстадийная модель разрушения характерна для весьма широкого 
класса материалов, в частности, для металлов, полимеров, различных 
композитов, и т.д. При этом структура материала, гомогенная либо 
гетерогенная, формируя локальные перенапряжения, обуславливает 
начальный размер микротрещин.
Анализ особенностей разрушения гомогенных и гетерогенных пористых 
систем [51] говорит о том, что при “гетерогенном” разрушении суммарная 
приложенная нагрузка рассредоточена в большом числе вершин растущих 
микротрещин, а при “гомогенном” разрушении – всего на нескольких 
вершинах. В результате гетерогенные системы способны выдерживать более 
высокие предельные нагрузки, т.е. обладают более высокой прочностью. 
Исследования, проведенные на различных материалах: полимерах, 
металлах и композитных материалах, показали [48, 51], что размеры 
начальных микротрещин обусловлены структурой материала, которая как 
формирует локальные перенапряжения, так и ограничивает их рост на 
границах гетерогенности.