Партон - Механика разрушения. От теории к практике - 1990

ПРОБЛЕМЫ НАУКИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

В. 3. ПАРТОН

МЕХАНИКА РАЗРУШЕНИЯ ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ

МОСКВА «НАУКА»

ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1990

 

ББК 22.251

П18

УДК 620.192.7 (053)

Партон В. 3. Механика разрушения: От теории к практике.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.— 240 с.— (Пробл. науки и техн. прогресса).— ISBN 5-02-014287-5

В доступной популярной форме изложены современные представления о механике разрушения — новом разделе механики твердого деформируемого тела, возникшем совсем недавно, буквально на наших глазах. Содержанием книги охвачен широкий круг вопросов, включающих в себя выяснение причин некоторых серьезных катастроф ответственных конструкций и сооружений, необходимость и своевременность построения теории распространения магистральных трещин, внедрение механики разрушения в практику расчетов сосудов давления, ядерных реакторов, роторов турбин и т. п.

Для студентов втузов, а также инженерно-технических и научных работников, специализирующихся в вопросах прочности и механики разрушения.

Табл. 6. Ил. 147. Библиогр. 11 назв.

Рецензент доктор технических наук Л, И, Слепян

Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1990

ISBN 5-02-014287-5      

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ,.,..,..                     5

Глава I. Прочность и разрушение                    7

§ 1. Что такое прочность и разрушение ....     7

§ 2. Прочность и сопротивление разрушению— от интуитивных представлений к научным .....        18

§ 3. Новая наука о прочности и разрушении ...          24

Глава II. Механика деформируемого твердого тела . .          34

§ 4. Сплошная среда                  34

§ 5. Напряжения и деформации .......   38

§ 6. Упругость и пеупругость               47

§ 7. Основы теории упругости             52

§ 8. Концентрация напряжений                      62

Глава III. Основы механики разрушения .....  67

§ 9. Что такое механика разрушения?              67

§ 10. Модель тела с трещинами                       71

§ 11. Поля напряжений и смещений в окрестности края трещины в упругом теле76

§ 12. Идеи Гриффитса                80

§ 13. Неустойчивое и устойчивое развитие трещины . .      83

§ 14. Критерии разрушения. Концепция Гриффитса — Орована — Ирвина        88

§ 15. Расчет и измерение коэффициентов интенсивности напряжении ...                       95

§ 16. Измерение вязкости разрушения            111

§ 17. Нелинейная механика разрушения                     117

§ 18. Инвариантные интегралы                       124

§ 19. Механика разрушения? Это очень просто! . . .  128

Глава IV. Специальные задачи а некоторые приложения механики разрушения 134

§ 20. Замедленное разрушение ,                       134

§ 21. Рост усталостных трещин . . .....  135

§ 22. Разрушение при малоцикловой усталости . . .  138

§ 23. Расчет элементов конструкций на усталостную долговечность         ....       142

§ 24. Механика коррозионного разрушения ....          146

§ 25. Кинетика роста трещин в полимерных материалах     152

§ 26. Динамическая механика разрушения ....            157

§ 27, Температурные задачи механики разрушения . .          174

Глава V. Некоторые прпложспия механики разрушения      183

§ 28. Как остановить движение трещины? ....           183

§ 29. Механика разрушения и проблемы энергетики . .        192

§ 30. Механика разрушения и неразрушающие испытания              193

§ 31. Механика разрушения и судебная экспертиза , .           209

§ 32. О полезных для механики аналогиях. Механика разрушения и пробой диэлектриков                   218

§ 33, Что же хорошего в разрушении? ......      227

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Выбрав механику разрушения темой для написания книги, автор прежде всего представил себе две горы.

Гора слева — это круто уходящая ввысь чисто академическая проблема разрушения. Встающая во весь рост гора справа — это диктуемое практикой требование обеспечения безопасности и надежности. Между утесами — тропа по длинной я глубокой долине, которая уходит вверх. Хотелось бы в этой книге шаг за шагом пройти по этой тропе, выводящей на гребень с видом направо и налево одновременно, и в доступной форме рассказать об исторической подоплеке этого пути, о возникающих здесь проблемах и способах их преодоления. И еще хотелось бы передать читателю то воодушевление и энтузиазм в наших научных исследованиях, которые позволили в кратчайший срок создать новую науку о прочности — механику разрушения.

Само по себе разрушение — сложнейшее явление природы, присущее практически всем процессам, происходящим на земле, и известное с момента появления homo sapiens. Оно доставляло людям как радость (извлечение ценных включений при разрушении горных пород, облегчение разрушения при резании металлов и др.), так и горе, связанное с колоссальными материальными потерями и гибелью людей (катастрофы в воздухе, на земле и на воде).

Свойство человека как само собой разумеющееся воспринимать хорошее и не забывать плохое привело к тому, что в основном разрушение относят к глубоко неэстетическим категориям и главные усилия направляют на борьбу с ним. А постоянный ущерб от разрушений огромен. Одна из лабораторий Бательского института (г. Колумбус, шт. Огайо) провела исследование по определению суммарных затрат в экономике США, связанных с возмещением ущерба от непреднамеренных разрушений, а также с мерами, направленными на предотвращение разрушений. Вся сумма затрат была разбита на три части: 1) потери, связанные с недостаточным внедрением современных методов расчета, контроля и технологии, а также с использованием устаревших норм и стандартов; 2) потери, которые могли бы быть потенциально предотвращены благодаря разработкам и внедрению современных научных методов; 3) потери, устранение которых станет возможно только после получения принципиально новых «бездефектных» высокопрочных материалов. В 1978 г. общие затраты, связанные с разрушением, составили в США 88 млрд. долларов, т. е. около 4 % валового национального продукта (соответствующие части затрат — 26, 21 и 41 млрд. долларов). В 1982 г. общие затраты оценены в 119 млрд. долларов, т. е. опять около 4 % валового национального продукта (соответствующие части затрат — 35, 28 и 5G млрд. долларов).

Но сколько бы вреда ни доставляло разрушение, оно не всесильно, и человек научился, зная причины и характер возможного разрушения, создавать аппараты, приборы и машины не только предельно легкими и дешевыми, но и достаточно прочными. Таким образом, проблема разрушения стала центральной проблемой учения о прочности и сопротивлении материалов.

Более 25 лет занимаясь проблемами прочности и разрушения, автор неоднократно убеждался в «многоликости» изучаемых здесь закономерностей, что породило специфические для каждой области науки подходы, терминологии и приемы решения задач, связанные с определением сопротивления разрушению. Зачастую это приводило к непониманию между специалистами смежных областей, решающих одни и те же задачи. Это же многообразие не дает возможности в небольшой книге дать сколь-нибудь полное описание такого сложнейшего явления, как разрушение. Поэтому мы ограничимся кратким и, по мере сил и способностей, популярным изложением основ механики разрушения (использующей основные положения, законы и методы механики сплошной среды) и ее приложений к расчетам па прочность элементов конструкций и машин. Такой подход и определил название книги—«Механика разрушения: от теории к практике».

Книга рассчитана на любознательного читателя, в минимальной степени знакомого с основами механики и математики. Автор стремился написать ее так, чтобы она привлекла внимание будущих исследователей к интересной, еще далеко не изученной проблеме и была полезна как студентам и аспирантам, так и научным работникам и инженерам для первого знакомства с основами механики разрушения и ее приложений.

...