The new science of strong materials

Часть
1
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART01.HTM
Взяв еще несколько таких же цепочек и расположив их так
,
чтобы они образовали кристалл
(
рис
. 18, 
б
),
мы увидим
,
что
пока еще ничто не мешает каждой цепочке в отдельности нести ее полное теоретическое напряжение
.
Предположим
далее
,
что мы перерезали несколько соседних межатомных связей
,
то есть создали трещину
(
рис
. 18, 
в
).
Разумеется
,
разорванные цепочки уже не смогут
,
как прежде
,
нести нагрузку
,
передавая ее от атома к атому
.
Теперь эту работу
должны взять на себя оставшиеся цепочки
.
И сила как бы обходит трещину по самому ее краю
.
Таким образом
,
почти вся
нагрузка
,
которую несли разрезанные атомные цепочки
,
падает теперь на единственную атомную связь у самого кончика
трещины
(
рис
. 18, 
г
).
Ясно
,
что при подобных обстоятельствах перегруженная связь порвется раньше всех других
.
Когда
же такое перегруженное звено лопнет
,
положение не изменится к лучшему
.
Напротив
,
оно ухудшится
,
так как на долю
соседнего звена добавится не только нагрузка перерезанных с самого начала цепочек
(
при создании трещин
),
но еще и та
доля нагрузки
,
которая приходилась на только что лопнувшую цепочку
.
Таким образом
,
трещина в кристалле
оказывается инструментом
,
с помощью которого приложенная извне слабая сила рвет поочередно одну за другой
прочнейшие межатомные связи
.
Так трещина и бежит по материалу
,
пока не разрушит его до конца
.
Инглис вычислил коэффициенты концентрации напряжений
,
показывающие
,
во сколько раз местное напряжение больше
среднего не только для прямоугольных вырезов
,
но и для вырезов другой формы
,
например круглых и цилиндрических
отверстий
.
Сильно вытянутое эллиптическое отверстие можно считать трещиной
.
Для эллиптической трещины
коэффициент концентрации напряжений будет выражаться формулой
1+2
Ч
(
L
/
R
)
1/2
где
L
есть полудлина трещины
, a
R
-
радиус кривизны ее кончика
.
Оказалось
,
что эта формула справедлива не только для
эллипса
:
у всякого острого надреза коэффициент концентрации напряжений имеет почти такую же величину
.
Кстати
сказать
,
у круглого отверстия местное напряжение втрое превышает среднее
.
Рассмотрим трещину длиной
,
скажем
,
2 
мкм с радиусом кривизны ее кончика
1 
А
.
Такая трещина слишком мала
,
чтобы ее удалось увидеть с помощью
оптического микроскопа
,
ее трудно обнаружить даже с помощью электронного микроскопа
.
Но тем не менее она
повышает напряжение у своего кончика в
201 
раз
.
При подобной концентрации напряжений прочность гриффитсова
стекла должна снизиться от
1500 
кг
/
мм
2
до уровня всего нескольких килограммов на квадратный миллиметр
,
то есть до
величины
,
близкой к прочности обычного стекла
.
Все это позволило Гриффитсу предположить
,
что в обычном стекле
содержится множество очень тонких трещин
,
которые не поддаются обнаружению с помощью каких бы то ни было
обычных средств
.
Он ничего не говорил о том
,
как они выглядят или каково их происхождение
,
а просто утверждал
,
что
если они существуют в обычном стекле
-
а почему бы им не существовать
! -
то стекло должно быть малопрочным
.
Он
предположил далее
,
что по какой
-
то неизвестной причине в тонких волокнах они образуются реже
,
а в тончайших почти
не попадаются
,
быть может
,
лишь потому
,
что им там нет места
.