Непредвиденные разрушения конструкций, как правило, являются хрупкими, т. е. вызываются постепенным или быстрым развитием трещин. В последние годы был достигнут значительный прогресс как в области теоретического осмысления этих вопросов, так и в области инженерных приложений теоретических результатов для расчета и прогнозирования хрупкого разрушения. В книге излагаются основные идеи и методы механики хрупкого разрушения, а также некоторые наиболее важные практические вопросы их приложений. В частности, изложены следующие вопросы: теория Гриффитса — Ирвина, теория роста усталостных трещин, теория водородного охрупчивания, коррозия под напряжением, теория действия взрыва, адсорбционный эффект, теория огневого бурения, оптическое разрушение, масштабный эффект и т. д. Предназначена для научных работников, инженеров, преподавателей, аспирантов и студентов, занимающихся проблемами прочности и разрушения.

Предисловие

Глава I. Введение
§ 1. Классификация реологических моделей
§ 2. Теории прочности
§ 3. Вязкое разрушение
§ 4. Работа Гриффитса «Явление разрушения и течения твердого тела»
§ 5. Некоторые замечания

Глава II. Прочность идеально-периодических структур
§ 1. Точный квантовомеханический метод
§ 2. Приближенные методы
§ 3. Некоторые оценки
§ 4. Метод теплового смещения

Глава III. Сингулярные задачи теории упругости
§ 1. Классификация особых точек
§ 2. Основные теоремы
§ 3. Плоская задача теории упругости
§ 4. Цилиндр
§ 5. Поле упругих напряжений и смещений в малой окрестности края произвольной трещины
§ 6. Налегающие трещины и влияние включений
§ 7. Анизотропное тело
§ 8. Кусочно-однородное тело
§ 9. Влияние конечности деформаций
§ 10. Влияние физической нелинейности и размеров начальной полости
§ 11. Динамические эффекты

Глава IV. Основные положения механики хрупкого разрушения
§ 1. Критерий локального разрушения
§ 2. Энергетический метод
§ 3. Обобщенный нормальный разрыв
§ 4. Устойчивость роста хрупких трещин
§ 5. Концепция квазихрупкого разрушения. Структура конца трещины
§ 6. Некоторые основные эффекты процесса разрушения
§ 7. Методы определения вязкости разрушения
§ 8. Оценка технической ..прочности и вязкости разрушения некоторых материалов
§ 9. Другие критерии локального разрушения
§ 10. Одно приложений механики разрушения к горному делу

Глава V. Некоторые общие вопросы механики разрушения
§ 1. Уравнение энергии
§ 2. Поток энергии
§ 3. Численный метод
§ 4. Упругое тело
§ 5. Упруго-пластическое тело
§ 6. Один упруго-пластический аналог задачи Гриффитса
§ 7. Вязкоупругое тело
§ 8. Развитие полостей при конечных деформациях

Глава VI. Рост усталостных трещин
§ 1. Введение
§ 2. Подрастание трещины при монотонном нагружении
§ 3. Рост усталостных трещин (теория)
§ 4. Сравнение теории с опытными данными
§ 5. Некоторые конкретные задачи
§ 6. Пример расчета на ресурс длительной прочности при усталостном разрушении

Глава VII. Влияние внешней среды на рост трещин
§ 1. Введение
§ 2. Влияние водорода и влаги на рост трещин в металлах (опытные данные)
§ 3. Рост трещин в металлах под действием водорода (теорий)
§ 4. Адсорбционный эффект
§ 5. Развитие коррозионных трещин (химическая коррозия под напряжением
§ 6. Электрохимический механизм роста трещин
§ 7. Сравнительный анализ основных механизмов докритического роста трещин в металлах
§ 8. Влияние воды на разрушение стекла и горных пород
§ 9. Разрушение горящих порохов

Глава VIII. Некоторые проблемы хрупкого разрушения
§ I. Разрушение при взрыве
§ 2. Камуфлетный взрыв в сферической полости
§ 3. Самоподдерживающееся разрушение
§ 4. Теория огневого бурения
§ 5. Разрушение при соударении хрупких тел
§ 6. Масштабный эффект
§ 7. Некоторые проблемы эрозии твердых тел в потоке жидкости или газа
§ 8. Оптическое разрушение

Приложение I. Коэффициенты интенсивности напряжений
§ 1. Плоские статические задачи
§ 2. Пространственные задачи
§ 3. Сложный сдвиг
§ 4. Динамические задачи
§ 5. Другие вопросы
Приложение II. Вязкость разрушения основных конструкционных материалов
Приложение III. Некоторые пары, металл — среда, для которых наблюдается хрупкое разрушение материала, подверженного растягивающим напряжением
Литература

Предисловие

Непредвиденные разрушения конструкций, как правило, являются хрупкими, т. е. объясняются постепенным или быстрым развитием трещин. Механика хрупкого разрушения занимается изучением развития трещин в хрупких и квазихрупких телах.

[Тело называется хрупким, когда материал сохраняет свойство линейной упругости вплоть до разрушения. Если характерный линейный размер области около контура трещины, где материал отступает от свойства линейной упругости, мал по сравнению с длиной трещины (или с другим характерным размером тела), то такое, тело называют квазихрупким. В соответствующих случаях говорят о хрупком или квазихрупком разрушении, хрупкой или квазихрупкой трещине.]

Термин «механика разрушения», появившийся несколько лет назад, употребляется в двояком смысле. К механике разрушения в узком смысле слова относят исследования по распространению трещин; за два последних десятилетия они получили широкий размах как в СССР, так и за рубежом. В более широком смысле механика разрушения включает в себя тот раздел науки о сопротивлении материалов, который изучает заключительную стадию процесса деформирования. Тем самым, проблемы прочности сооружений входят в механику разрушения как ее важная составная часть.

Хотя людям с древнейших времен приходилось строить различные, порой весьма сложные сооружения, знания о прочности и разрушении материалов раньше приобретались эмпирически и в значительной степени случайно, передаваясь из поколения в поколение как некое искусство. У истоков научного подхода к вопросам прочности и разрушения стоят такие корифеи, как Леонардо да Винчи и Галилео Галилей. Леонардо да Винчи первым начал проводить опыты по определению несущей способности (эксперименты с железной проволокой). Ему приписывают открытие явления, которое называют теперь масштабным эффектом. Однако достижения Леонардо да Винчи остались неизвестными последующим поколениям и поэтому не оказали влияния на развитие механики разрушения. Основоположником механики разрушения по праву может считаться Галилей, установивший, что разрушающая нагрузка растягиваемого бруса прямо пропорциональна площади его поперечного сечения и не зависит от его длины. Этот вывод, модифицированный на неоднородное напряженное состояние, до сих пор играет основную роль в практических инженерных расчетах на прочность.

С именами Ш. Кулона, А. Сен-Венана, О. Мора, А. Гриффитса связано дальнейшее развитие механики разрушения. Кулон, Сен-Венан и Мор положили начало теории предельного равновесия, а Гриффитс — теории хрупкого разрушения. Обе эти теории, в дальнейшем доведенные многочисленными последователями до совершенства, составляют фундамент современной механики разрушения.

В последние годы был достигнут значительный прогресс как в области теоретического осмысления вопросов прочности и разрушения, так и в области инженерных приложений теоретических результатов.

В этой книге излагаются основные идеи и методы механики хрупкого разрушения, а также некоторые их обобщения. Первая глава имеет вводный характер, во второй и третьей главах изложены физические и математические основы теории хрупкого разрушения. Главное внимание уделяется наиболее принципиальным вопросам, относящимся к формулировке дополнительных условий на фронте трещин и к постановке физически корректных математических задач о разрушении твердых тел (четвертая — восьмая главы). В Приложении I для справок приведены наиболее значительные результаты вычислений коэффициентов интенсивности напряжений для тел с разрезами. Изложение ориентировано не только на научных работников и студентов, но и на инженеров, в связи с чем в Приложениях II и III помещены некоторые экспериментальные данные, относящиеся к основным конструкционным материалам.

Частичное изложение некоторых из упомянутых вопросов можно найти во втором томе известного курса Л.И. Седова «Механика сплошной среды» и в книге В.В. Панасюка «Предельное равновесие хрупких тел с трещинами». Весьма интересный материал регулярно публикуется в двух международных журналах по механике разрушения. Недавно в США вышло семитомное энциклопедическое издание. «Разрушение», охватывающее широкий круг вопросов механики разрушения. Однако очень большой объем этого руководства, отсутствие единого подхода и к тому же недостаточное освещение некоторых наиболее принципиальных вопросов распространения трещин отнюдь не способствует усвоению читателем методов механики разрушения.

В настоящей монографии в основном содержатся результаты, полученные автором. Литература по вопросам разрушения столь обширна, что автор при всем своем желании не смог уделить достаточного внимания многим весьма интерёсным и важным исследованиям. Поэтому в данной книге в список работ вошел лишь необходимый минимум источников.

Автор выражает искреннюю признательность лицам, оказавшим помощь при подготовке книги: В.Д. Кулиеву, X. Халманову, А.Б. Каплуну, В.М. Мирсалимову, В.М. Смольскому, Г.Г. Кузьмину.