The new science of strong materials

глава
8).
Обычно же материалы
,
как правило
,
меньше чувствуют разницу
между динамическим и статическим нагружением
.
Конечно
,
идеально было бы иметь материал
,
в котором зарождение трещин совершенно исключено
.
К сожалению
,
на
практике такого
,
кажется
,
не бывает
.
Мы видели в предыдущей главе
,
что даже самая гладкая поверхность стекла
испещрена мельчайшими невидимыми трещинами
;
более того
,
если бы удалось получить бездефектную поверхность
,
она
вскоре стала бы дефектной из
-
за соприкосновений с другими телами
.
Следовательно
,
практически все определяется
легкостью
,
с которой трещины распространяются в нагруженном материале
.
Основы теории распространения трещин
были заложены все тем же Гриффитсом
.
Гриффитс указал два условия
,
необходимых для распространения трещины
.
Во
-
первых
,
рост трещины должен быть
энергетически выгодным процессом
,
и
,
во
-
вторых
,
должен работать молекулярный механизм
,
с помощью которого может
осуществиться преобразование энергии
.
Первое условие требует
,
чтобы на любой стадии распространения трещины
количество запасенной в теле энергии уменьшалось
-
подобно тому
,
как уменьшается потенциальная энергия автомобиля
,
спускающегося с горы
.
С другой стороны
,
и при энергетической выгоде автомобиль может спускаться с горы лишь в том
случае
,
если у него есть колеса и их не держат тормоза
.
Колеса в этом случае служат механизмом
,
с помощью которого
автомобиль скатывается с горы
,
они обеспечивают преобразование энергии
.
Как мы уже говорили
,
деформированное тело
“
начинено
”
энергией
,
которая предпочла бы высвободиться
.
Так
,
поднятый
вверх камень имеет потенциальную энергию и стремится упасть
.
Если материал полностью разрушен
,
энергия
деформации его
,
естественно
,
полностью освобождена
.
Рассмотрим
,
однако
,
что происходит на промежуточных этапах
процесса разрушения
.
Когда в деформированном теле появляется трещина
,
она слегка раскрывается и оба ее края
расходятся на некоторое расстояние
.
Это означает
,
что материал
,
непосредственно примыкающий к краям трещины
,
релаксирует
,
напряжения и упругие деформации в нем уменьшаются
,
и упругая энергия освобождается
.
Давайте
проследим за трещиной
,
начавшейся на поверхности тела и идущей в глубь нагруженного материала
(
рис
. 29).
Понятно
,
что область срелаксировавшего материала будет приблизительно соответствовать двум заштрихованным треугольникам
.
Общая площадь этих треугольников будет примерно
l
2
(
l - 
длина трещины
).
Следовательно
,
количество освобожденной
энергии должно быть пропорционально квадрату длины трещины
,
или глубины ее проникновения в тело
.
Расчеты
подтверждают эту грубую оценку
.
Иными словами
,
трещина глубиной
2
микрона высвобождает в
4
раза больше упругой
энергии
,
чем трещина глубиной в микрон
,
и т
.
д
.

---

VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -