The new science of strong materials

Ударная прочность
Здесь уместно прервать наш разговор об общей проблеме распространения трещины и поговорить о некоторых особых
эффектах
,
которые возникают при динамических
,
ударных нагрузках
.
Сначала напомним
,
что максимальная скорость
,
с
которой может передаваться нагрузка через любое вещество
,
равна скорости звука в этом веществе
.
В самом деле
,
звук
можно представить себе как волну или серию волн напряжений
,
проходящих через среду с характерной скоростью
.
Скорость звука в веществе равна
(
E
/
r
)
1/2
,
где
Е
-
модуль Юнга
, a
r
-
плотность данного вещества
.
Взяв обычные числовые
значения величин Е и
g
для конструкционных материалов
,
мы увидим
,
что скорость звука в этих
.
материалах будет очень
большой
.
Для стали
,
алюминия и стекла она составит около
18000-20000 
км
/
час
(~5000 
м
/
сек
),
что значительно
превышает скорость звука в воздухе
.
Это также намного больше скорости удара молотка и значительно больше скорости
полета пули
.
Время
,
в течение которого молоток или пуля действуют с какой
-
то силой на твердое тело
,
составляет около сотой доли
секунды
.
А это очень долгое время
:
фотолюбители знают
,
как много всего может совершиться за одну сотую
.
Точно так
же и в нашем случае сотая доля секунды намного больше времени
,
потребного для отвода энергии от точки удара
.
От
этой точки при ударе излучается целая серия волн напряжений
,
которые распространяются по всему объему тела
.
Очень
быстро
,
за время
,
скажем
,
около нескольких десятитысячных или стотысячных долей секунды
,
эти волны достигают
противоположных границ тела и отражаются от них подобно эху
,
лишь очень немного уменьшаясь в интенсивности
.
Дальнейший ход событий определяется многими факторами
,
в том числе формой тела
,
местом удара и т
.
д
.
Очень может
статься
,
что отраженные волны напряжений постоянно будут встречать в некоторой критической или
“
несчастливой
”
точке прямые волны
,
идущие от места удара
,
и это нагромождение вызовет прогрессирующий рост напряжения в этой
точке вплоть до разрушения
.
Рассказы о певцах
,
от голоса которых вылетали стекла в окнах
,
не так уж и фантастичны
.
Можно привести интересные примеры поведения твердых тел под ударной нагрузкой
.
Например
,
при исследовании
керамик повседневно проводятся ударные испытания керамических пластинок
-
свободно опертая квадратная пластинка
подвергается удару заданной силы по центру верхней поверхности
.
Во многих случаях пластинка разрушается не в точке
удара
.
Часто случается
,
что отваливаются четыре угла пластинки
,
потому что волны напряжений сталкиваются именно в
углах
.
Иногда случается
,
что
,
попав в броню
,
снаряд не пробивает ее
,
но от внутренней поверхности броневой плиты отлетает
рваный кусок металла
,
осколок
.
Скорость и энергия этого осколка могут быть огромными
,
и разрушения
,
причиненные
им внутри
,
например
,
танковой башни
,
оказываются такими же
,
как если бы снаряд действительно пробил броню
.

---

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