Под разрушением понимают разделение твердого тела или отдельных его структурных элементов на части с образованием одной или множества новых поверхностей. Разрушение также является предельным состоянием материала под нагрузкой. По характеру деформирования материала в процессе разрушения сами разрушения разделяют на хрупкие и вязкие. Разрушение называют хрупким, если оно происходит при преимущественно упругом деформировании материала, т.е. при напряжениях, меньших условного предела текучести. Как правило, хрупкое разрушение твердых тел наблюдается при низких температурах, высоких скоростях нагружения, многоцикловой усталости. Вязким называют разрушение, сопровождающееся развитием заметных пластических деформаций. Такой характер разрушения наблюдается при высокой температуре, высоком внешнем давлении, некоторых видах сложного напряженного состояния, малоцикловой усталости. В любом случае разрушение не является мгновенным критическим событием. Разрушение – это процесс накопления повреждений, происходящий во времени и в пространстве. Заканчивается этот процесс потерей несущей способности из-за потери сплошности.

Площадь поперечного сечения с течением времени стремится к нулю. Фактически при очень больших деформациях равномерное растяжение становится неустойчивым и в каком-то из сечений образуется шейка.

Опыт показывает, что если зависимость σ = σ (t), где σ - уровень напряжений, а t - соответствующая ему продолжительность жизни образца, изобразить в логарифмических координатах, то соответствующий график (кривая длительной прочности) приобретет форму, показанную на рис. 1. Верхней прямой ab соответствует вязкое разрушение, а нижней de - хрупкое. Промежуточный криволинейный участок bd соответствует смешанному характеру разрушения. Если напряжения превышают σ₀, то разрушение происходит вязкое. При напряжениях, меньших чем σ₀, разрушение происходит хрупко.

Любое твердое тело под нагрузкой разрушается либо хрупко, либо вязко. На сегодняшний день нет такой теории, которая бы для любого вида напряженного состояния однозначно устанавливала и характер разрушения, и величину предельных напряжений. Критерии предельного состояния сопротивления материалов применимы для оценки несущей способности твердых тел как в однородных, так и в неоднородных полях напряжений. В последнем случае под потерей несущей способности понимают возникновение предельного состояния в локальной области в окрестности наиболее напряженной точки, которую называют опасной.

Классическая гипотеза прочности Кулона причиной возникновения текучести и вязкого разрушения считает наибольшее касательно напряжение. Это положение впервые было сформулировано Ш. Кулоном в 1773 г. Условие предельного состояния текучести имеет вид:

σ₁ - σ₃ = σ_Т,  (1)

где σ_Т - предел текучести материала при одноосном напряженном состоянии.

Для условия вязкого разрушения при больших деформациях в правой части критерия (1) принимают напряжение в момент разрыва при одноосном растяжении. Недостатком критерия (1) является неучет главного напряжения.

В классической гипотезе И. Максвелла (1856 г.) – Р. Мизеса (1913 г.) причиной текучести или объемного вязкого разрушения в окрестности рассматриваемой точки считает энергию изменения формы. Условие текучести имеет вид

   (2),

где в левой части – формула интенсивности напряжений σ_i .

Условия (1) и (2) применимы только для чистых металлов (железа, меди, свинца, алюминия, никеля) и некоторых малоуглеродистых мягких сталей. Поскольку эти условия нашли широкое применение в теории пластичности, то эти гипотезы носят название гипотез пластичности.

Классические гипотезы пластичности имеют два существенных недостатка. Во-первых, они не учитывают разного сопротивления одноосному растяжению и сжатию, о чем свидетельствуют многочисленные опытные данные зарубежных и российских ученых. Во-вторых, они не учитывают влияние шарового тензора, в то время как опыты показывают, что предельное сопротивление зависит от вида напряженного состояния, а гидростатическое давление способствует повышению прочности и пластичности твердых тел.

 

 

Вязкое разрушение представляет собой наименее опасный вид разрушения, его изучение позволяет лучше понять механизм хрупкого разрушения, которому уделяется гораздо больше внимания.

Этот вид разрушения актуален при анализе поведения металлов в условиях обработки давлением, где создаются значительные пластические деформации и вязкое разрушение недопустимо.

Один и тот же материал при разных условиях (температура, давление, скорость нагружения, вид напряженного состояния и т.д.) может разрушаться в одних случаях хрупко, а в других – вязко. Поэтому хрупкость и пластичность – это не свойства материала, а состояние. Существующее в инженерной терминологии разделение конструкционных материалов на хрупкие и пластичные является условным и в первую очередь отражает механические свойства этих материалов при небольших скоростях нагружения в нормальных условиях (при атмосферном давлении и комнатной температуре).

Независимо от напряжений для осуществления движения дислокации и вязкого отделения необходима определенная пластическая деформация. Эта пластическая деформация может быть сосредоточена в пределах небольшого объема материала, через который происходит разрушение. В этом случае разрушение происходит при сравнительно небольшой пластической деформации в макромасштабе и при небольших затратах энергии. С инженерной точки зрения, такое разрушение – хрупкое. Разрушения этого типа, вызванные трещинами, характерны для высокопрочных материалов.