Cel mai mare număr de defecțiuni ale sistemelor mecanice este un rezultat al deteriorării mecanice.
Cauze distrugerea mecanică a elementelor sistemelor mecanice pot fi: frecarea și uzura, oboseala, fenomene de contact mecanice, chimice și natura fizică, coroziune, deteriorarea proprietăților operaționale ale unui rezultat al diferitelor cauze interne și influențe externe. Astfel, ruperea mecanică este un rezultat al dezvoltării treptat într-un material de încărcat mecanic pagube. Prin urmare, una dintre proprietățile fundamentale ale rezistenței mecanice a materialelor este dependența de timp. Prin urmare, deformarea și distrugerea materialului sunt caracterizate nu limitează tensiunile și o rată de deformare și distrugere sau durabilitate.
În general, viteza proceselor de distrugere mecanică a timpului încărcat solid și a fracturii depinde de structura și proprietățile materiale ale tensiunii și temperaturii.
Până de curând a fost în general acceptată noțiunea clasică de deformare plastică și fractură de materiale ca evenimente critice care apare atunci când materialul de tensiune de operare atinge o anumită valoare critică. Conform acestor idei la tensiuni sub limita elastică, deformare plastică nu se poate dezvolta deloc, iar eșecul a corpului are loc (aproape instantaneu), numai în cazul în care stresul a ajuns la rezistența la tracțiune. Recent, cu toate acestea, acest punct de vedere se opune o altă abordare, prin degradarea materialului nu este considerat ca fiind un eveniment critic, dar au un proces unghiular gradual activat termic, materialul în curs de dezvoltare într-un accentuat mecanic pe parcursul timpului, deoarece aplicarea sarcinii la aceasta, inclusiv mai puțin critice. Distrugerea este un proces activationless numai la temperaturi foarte scăzute (aproape de zero absolut) sau sub acțiunea stresului egală cu rezistența limită teoretică (puterea legăturilor atomice).
În conformitate cu această teorie cinetică, potrivit căreia una dintre proprietățile fundamentale ale rezistenței este dependența sa de timp, deformarea și distrugerea trebuie să fie caracterizate nu o limitare a tensiunii, iar rata de deformare și a fracturii, precum și durabilitate - timpul necesar pentru distrugere. Limitele de elasticitate, fluiditate, puterea, sunt în acest moment doar câteva caracteristici convenționale.
Rata proceselor de distrugere mecanică a corpului solid încărcat și, în consecință, timpul până la eșecul depinde de structura și proprietățile materialului corpului stresul cauzat de sarcină și temperatură. Un număr de formule empirice care descriu dependența timpului până la eșecul acestor factori. Cea mai mare recunoaștere a așa-numitul Teoria cinetică a puterii, în care a propus și a demonstrat pentru multe materiale experimental temperatură dependență următoare de timp a rezistenței (metale pure, aliaje, materiale polimerice, semiconductori, sticlă organică și anorganică, etc.):
în cazul în care: # 964; - timpul până la eșecul; # 964; 0 - perioada vibrațiilor proprii termice ale atomilor în rețeaua (10 -12-10 -14 s); U0 - pornind energia de activare în absența solicitărilor mecanice; # 963; - stres în materialul sarcinii mecanice; # 947; - un factor structural (sensibilitatea materialului la stres). Rata de distrugere este invers proporțională cu timpul eșecului.
Substanțe trebuie să depășească atomi pentru a iniția bariera de energie fractură a cărei mărime depinde de sarcina aplicată: Ea = U0- # 947; # 963;. Distrugerea materialului poate avea loc la orice tensiune mai mică decât rezistența la tracțiune. Tensiunea decalaj depinde de durata sarcinii de șoc și temperatura. Prin urmare, tensiunea maximă admisă specificată cu referire la durata de acțiune a sarcinii. Factorul structural ia în considerare eterogenitatea structurii, de exemplu, dislocații, produce materialul de supratensiune local. Timpul până la eșecul variabilei aleatoare. Valoarea sa medie este de obicei numit longevitate. Valabilitatea ecuației dovedit durabilitate t 7 la 10. Creșterea t doar un ordin de mărime necesită o creștere a duratei testului de la câteva luni la câțiva ani.
Astfel, conform teoriei cinetice a degradării puterii poate apărea la tensiuni sub rezistența la tracțiune și solicitarea la tracțiune, care depinde de timpul de acțiune a sarcinii aplicate pe materialul și temperatura.
Teoria Kinetic de putere subliniază necesitatea de a lua în considerare influența mișcării termice (fluctuație de căldură) asupra proceselor de deformare și fracturi, în special în faza inițială. Procesul de fractură la sarcini sub critic nu poate avea loc în absența mișcării termice a atomilor și moleculelor, care este un factor în determinarea diferenței fundamental de material la sarcini mai puțin critice. Distrugerea este considerată ca un proces în care fluctuațiile termice datorate pentru depășirea U0 barierei energetice. ca urmare a stresului redus asupra valorii # 947; # 963;. În acest caz, sensul fizic al cantităților în ecuația de longevitate, coincidență de valori # 964; 0 oscilații atomice cu o perioadă demonstrează că procesul de distrugere este un set de evenimente elementare asociate cu mișcarea termică a atomilor și moleculelor.
Formula Discutate este valabilă la tensiuni ridicate și temperaturi relativ scăzute (<0,5Тпл ), когда действует механизм разрушения, обусловленный процессом последовательного флуктуационного разрыва атомных связей в кристаллической решетке.
La stres redus și mecanism de eroare de temperatură ridicată funcționează difuzie bazată pe creșterea fisurilor datorită afluxul poziției sau formarea de legături tulburări focare în acumulare loc de posturi vacante în exces, rezultând într-o dependență de temperatură timp de puterea unei forme:
unde D - coeficientul de difuzie al volumului; Pe - numărul de posturi vacante unite; și - marimea atomica; # 963; - tensiune de funcționare; E - modulul de elasticitate; k - este constanta Boltzmann; C - constantă numerică a unității de comandă.
În cazul în care ruperea legăturilor interatomice și difuziei direcțională de posturi vacante - principalele motive pentru formarea și dezvoltarea microfisurilor în metale și aliaje, degradarea polimerilor este rezultatul ruperea legăturilor chimice intramoleculare datorită fluctuației termice (degradarea termică). Au existat factor structural reflectă gradul de polimerizare și orientarea lanțurilor polimerice.
Temperatura polimerului și dependența de timp a rezistenței este determinată de cinetica de rupere fluctuație progresivă a legăturilor chimice. Energia de activare a procesului de distrugere a polimerilor, sub influența unei tensiuni în scădere corespunde energiei de activare a degradării termice; în care valoarea U0 în formula (3) reprezintă energia procesului de activare a degradării termice a lanțurilor polimerice în energia legăturii chimice egal neaccentuate polimer între atomii din catena polimerului.
De o mare importanță practică este cunoașterea legilor de distrugere a materialelor compozite armate cu fibre. Mecanismul de distrugere a acestor materiale este după cum urmează. Deoarece fibrele au defecte distribuite de-a lungul lungimii lor, distrugerea din fibre are loc în anumite puncte aleatorii (secțiuni transversale) la sarcini mai mici decât sarcina totală de rupere a materialului compozit. In locul fracturii se produce fibre de concentrare stres, care crește pe măsură ce sarcina poate provoca un mic fisuri locale în materialul matricei (în principal). În procesul de încărcare și mai mult prin deplasarea crăpăturile liante adiacente sunt conectate unul la celălalt. Acest proces de rupere a fibrelor, apariția unor fisuri locale în materialul de bază și conectarea fisurilor adiacente se extind în mod continuu la o distrugere totală a materialului compozit.
Astfel, cinetica de distrugere și durabilitate a majorității materialelor este în principal determinată, dezvoltarea și atingerea mărimii critice a fisurilor. Lungimea critică fisurii depinde de raportul dintre rezistența materialului la tensiunea aplicată (puterea 2) și geometria fisurii - raza de curbură a vârfurilor sale (în grade 1).
Cu un număr mare de cicluri de material se poate rupe la tensiuni sub limita elastică. Acest fenomen se numește rupere prin oboseală. Fenomenul de eșec la oboseală a materialului datorită, în cele din urmă, la deformarea ei plastică.
Procese de fractură în condiții de încărcare ciclice pentru care mult timp stabilit dependența de timp a rezistenței și încărcarea statică este, de obicei, opuse una alteia; Se presupune că fractura sub modele ciclice și diferite încărcări statice. Cu toate acestea, teoria cinetică a distrugerii solide dă motive să credem că, deși natura schimbărilor de sarcină externe afectează procesele de deformare și de fractură, există unele procese de fractură în comun, indiferent de condițiile de încărcare; procese de distrugere același mecanism datorate.
rata de încărcare afectează în mod semnificativ mecanismul de distrugere a corpului solid. Cu o creștere lentă a sarcinii se produce o deformare elastică, apoi - fluxul de plastic solid și în final - ruptura acesteia. Creșterea lentă a stresului mecanic poate fi însoțită de progresul proceselor secundare în solide și corespunzătoare modificări reversibile și ireversibile în proprietăți ale corpului. Atunci când o rată mare de creștere a stresului mecanic are loc, de obicei, materiale de rupere cele mai fragile.
procesele de distrugere care au loc în solid, depinde în mod substanțial interacțiunea sale fizico-chimice cu mediul. Se constată că durabilitatea, de exemplu, cupru și aluminiu sub vid până la 10 -5 mm Hg. Art. crește, respectiv, în 20 și 10 ori în comparație cu durabilitatea în atmosferă normală. Impactul aproape toate mediile de activ începe cu elementele de mediu de adsorbție (molecule sau ioni) în suprafața solidă. Astfel, mecanismul de adsorbție este efectul principal al mediului (înainte de toate celelalte tipuri de efecte de mediu asupra proprietăților materialului) și cel mai versatil.
impactului asupra mediului Adsorbția cauzată în principal de doi factori:
1. Influența stării fizico-mecanice a suprafeței solide (metale și nemetale) asupra proprietăților lor mecanice. Caracteristicile de deformare plastică, rezistența la fluaj, rezistență la oboseală și schimbarea de frecare internă puternic dependentă de starea suprafeței. .. Durabilitatea solidelor este proporțională cu energia lor de suprafață, prin urmare, factorii care cauzează scăderea energiei libere de suprafață, adică scad activitatea de formare a unor noi suprafețe, determinând astfel reducerea mai mult sau mai puțin semnificativă în putere;
2. Acțiunea așa-numitele substanțe tensioactive (adsorbție activă) (surfactanți), care reduc energia de suprafață a corpului solid. Coborârea energia liberă de suprafață legată de adsorbție este baza schimbării proprietăților mecanice (rezistență și ductilitate) de solide sub influența agenților tensioactivi (efect Rebinder). Deoarece distrugere poate fi văzută ca formarea de noi suprafețe (suprafețe de fisuri și defecte), apoi, în consecință, adsorbtia surfactanți, reducând munca necesară pentru formarea de noi suprafețe, reduce rezistența fractură.
Distinge efecte interne și externe de adsorbție. Externă cauzată de adsorbție a surfactanților pe suprafața exterioară a corpului solid, ceea ce duce la o scădere a coeficientului de curgere și durificării. efect de adsorbție interioară rezultă din absorbția de agenți activi de suprafață asupra defectelor de suprafață într-un corp rigid, rezultând o reducere a puterii și a fragilității.
Pentru a distinge reducerea adsorbției de manifestare a rezistenței sub influența agenților tensioactivi organici, metale lichide si electroliti.
surfactant organic - alcooli, acizi grași superiori, săpun pe bază de colofoniu, etc - .. Sunt semnificative în magnitudine molecula amfolitic (constând dintr-un grup polar - .. COOH, OH, NH2 SH, CN, NO2 CHO, și așa mai departe. . având un moment de dipol mare, și un radical de hidrocarbură nepolară), care nu se poate difuza în zăbrele metalice. Acțiunea de surfactant organic pur suprafață, aceste substanțe nu reduc în mod semnificativ nivelul de energie de suprafață a metalului (nu mai mult (10 - 15)% din valoarea inițială); menționate ca agenți activi de suprafață slabi.
Topitură atomii de metal fuzibil, care să fie în mărime cu constanta zăbrele unui metal solid, se poate difuza în ea, și poate reduce semnificativ energia de suprafață a metalului solid; Acești agenți activi de suprafață sunt cunoscute sub numele de puternic.
Ioni Electroliții sunt predispuși la adsorbție specifică pe încărcătura de suprafață metalică solidă această suprafață, dar, din cauza dimensiunilor considerabile nu poate în mod normal, să penetreze în zăbrele, în care ionii de halogen sunt nivelul de energie de suprafață a metalului redus puternic, în timp ce alți ioni, de exemplu, sulfat, un efect redus nivelul de energie de suprafață (surfactant slab similar).
Înmuiere efectul agentului tensioactiv datorită prezenței microfisurilor pe suprafață, având ca rezultat deformarea sau chiar înainte de aplicarea sarcinii disponibile. Surfactant adsorbit fizic pe suprafața corpului, să penetreze în toate defect prin migrarea la partea de jos a fisurii. Acest lucru creează o mare presiune a cărei mărime este determinată de o ecuație derivată de presiune care se dezvoltă în capilare:
în cazul în care DR - presiune de peste meniscului; r - raza porilor; # 920; - unghiul de contact ce caracterizează gradul de umectare; g - energie liberă de suprafață.
Când materialul este complet umezit (cos # 920; = 1) # 916; Pmax = 2 # 947; / r. La o r scăzută valoare de presiune poate fi foarte mare.
Frecare determină elementele de contact ale uzurii mecanice. În procesul de deteriorare poate varia: greutatea, dimensiunea, forma și starea suprafeței piesei de prelucrat. Pentru interacțiune mecanică părțile învecinate pot fi adăugate, moleculară și chimică interacțiunea acestora, de asemenea, duce la uzura.
Dependența ratei de uzură a timpului, de obicei, este format din mai multe etape, perioade respective de rulare, funcționarea normală și piese mari consumatoare de uzură.