ПРЕДИСЛОВИЕ

XXVI съезд КПСС поставил задачу о разработке и внедрении высокоэффективных методов повышения прочностных свойств, хладостойкости металлов и сплавов, увеличении производства новых конструкционных материалов. Решение этой задачи невозможно без интенсивного развития физических представлений о природе и кинетике процесса разрушения.

Вопросы физики и механики разрушения находятся в центре внимания металловедов уже несколько десятилетий. Достижения в этой области были предметом обсуждения на всесоюзных и международных конференциях [1—7], они нашли свое отражение в серии монографий [8—22] и сборников [23—28]. Первая физическая модель, объясняющая низкую реальную прочность материалов, принадлежит Гриффитсу. Большой, часто определяющий вклад в физику разрушения внесли советские ученые А. Ф. Иоффе, А. П. Александров, Н. Н. Давиденков, А. В. Степанов, Я. И. Френкель, И. А Одинг и др. [29—32]. Качественно новый этап в физике прочности связан с предложенной С. Н. Журковым теорией кинетической концентрации прочности [33], развитие которой в работах С. Н. Журкова, В. А. Степанова, В. Р. Регеля, В. С. Ивановой и других [13, 18, 34—37] дало возможность понять роль тепловых флуктуации в процессе разрушения и развить термоактивационный анализ как важное средство исследования его микроскопических актов.

Параллельно развивалась механика разрушения, достижения которой позволили проводить расчеты предельных нагрузок и условий равновесия для реальных тел и конструкций с трещинами [10, 11, 16, 18, 19, 21, 23, 38]. В настоящее время наиболее актуальной задачей является объединение этих подходов, получение физически обоснованных критериев условий разрушения реальных изделий и конструкций [18].

В общем случае разрушение является процессом сложным: многостадийным, статистическим и многомасштабным. Механики, учитывая эти особенности, считают обычно элементарный акт разрушения — зарождение микротрещины или потерю устойчивости макротрещины — детерминированным, происходящим при достижении какой-либо величиной критического значения. На этом основаны механические критерии разрушения (критических напряжений, энергии, коэффициента интенсивности напряжений, раскрытия трещины и др.).

Для физика разрушение — это, кроме того, кинетический процесс, связанный с преодолением системой потенциальных барьеров. Поскольку термофлуктуационное преодоление барьеров носит вероятностный характер, то условия перехода системы в новое состояние (например, с микротрещиной) можно рассчитать лишь в среднем Поэтому статистический разброс в ходе процесса разрушения связан не только с разбросом структурных характеристик образца или их серии, но и со статистическими закономерностями тепловых флуктуации.

Называя процесс разрушения многостадийным, мы имеем в виду чередование последовательных стадий, каждая из которых имеет свой ведущий микромеханизм и, следовательно, свою энергию активации, статистические закономерности и т. д. Поэтому в общем случае при описании разрушения нельзя ограничиться рамками одной модели Много масштабность процесса означает важность явлений, одновременно происходящих на разных масштабных уровнях: атомных, дислокационных, субструктурных и структурных. В общем случае для правильного понимания кинетики процесса разрушения необходимо совместное рассмотрение этих явлений. Их разномасштабность означает необходимость совмещения различных моделей: микроскопических — атомных и дислокационных, мезоскопических — субструктурных и макроскопических моделей упруго-пластического тела.

Повышение интереса к физике разрушения стимулируется несколькими обстоятельствами. Прежде всего это увеличение уровня рабочих напряжений и расширение интервалов условий работы металлов Обычный подход механики заключается во введении некоторых критериев разрушения, включающих характеристики трещин в теле и напряженного состояния. Критические значения комбинаций этих параметров определяются из стандартных экспериментов. Такой подход оправдывает себя для хорошо изученных материалов и достаточно простых условий нагружения.

Увеличение рабочих напряжений способствует уменьшению размера опасных трещин и усложнению их обнаружения и определения параметров Еще более важно, что трещины могут медленно подрастать, переходя в критическое состояние после некоторого пребывания тела под нагрузкой Это затрудняет применение чисто механических критериев и приводит к необходимости изучения физических процессов, приводящих к разрушению тел, определению физического смысла параметров механических критериев. Изучение закономерностей процесса разрушения в сложных условиях нагружения (сложно-напряженное состояние, вакуум или агрессивные среды, облучение и т. д.) должно не только привести к разработке более совершенных критериев, но и к возможности воздействовать на сам процесс разрушения.

Все эти задачи еще далеки до окончательного решения, хотя быстрый прогресс в физике разрушения за последние годы очевиден. Основная задача книги — попытаться изложить основы физической теории процесса разрушения, основы физических представлений, модели зарождения и роста трещин как в общем случае, так и для частных видов разрушения. Мы надеемся, что этот подход окажется полезным для специалистов различных направлений, работа которых связана с проблемами разрушения металлов и изделий из них.

Назад, на страницу описания