|
Najczęściej stosowane kryteria zniszczenia materiałów kruchych to kryterium największego naprężenia rozciągającego, kryterium największego odkształcenia oraz hipoteza Coulomba-Mohra. Liczne doświadczenia z katastrof konstrukcji pokazały, że metody projektowania oparte na powyższych założeniach są często zawodne.
Zostało udowodnione, ze w pewnych warunkach materiały kruche ulegają zniszczeniu przy naprężeniach dużo mniejszych od tych wynikających z hipotez wytrzymałościowych. Klasyczne metody projektowania polegają na wyznaczeniu naprężeń konstrukcji oraz porównaniu ich ze zmniejszonymi, za pomocą współczynników, wartościami naprężeń maksymalnych. Materiały kruche już w fazie produkcji oraz późniejszej obróbki doznają licznych ubytków, spękań i mikrorys, które powodują koncentracje naprężeń niejednokrotnie bardzo dużych wartościach. Z tego powodu klasyczne podejście do projektowania, poprzez wyznaczanie nośności elementów wraz ze współczynnikami zmniejszającymi, prowadzi do błędnych wyników. Dlatego do wyznaczenia kryterium zniszczenia należy, w przypadku szkła, sięgnąć do mechaniki pękania.
KRYTERIA ZNISZCZENIA SZKŁA Fundament pod dzisiejszą mechanikę pękania zbudował Inglis, który w 1913 r. przedstawił analizę jednorodnego rozciągania płyty zaopatrzonej w eliptyczny otwór. Zauważył w niej, że wartości naprężeń rozciągających przy wierzchołku otworu są kilkukrotnie większe od naprężeń rozciągających płytę.
Na początku XX w. A. A. Griffith prowadził szerokie badania na płytach i włóknach szklanych. Doszedł do wniosku, ze nie tylko makroskopowe spękania, powstałe w wyniku produkcji i obróbki szkła, ale także wady wewnętrznej budowy materiału, powodują jego osłabienie. Dowiódł także, że z powodu wewnętrznych nieciągłości mamy do czynienia z efektem skali materiałów kruchych oraz bardzo znacznymi różnicami wartości wytrzymałości teoretycznej oraz praktycznej. Kryterium sformułowane przez Griffitha brzmi: do wzrostu pęknięcia dochodzi wówczas, gdy zmiana energii potencjalnej ciała ze szczeliną jest co najmniej równa odporności materiału na pękanie:
G=GL
Energetyczne kryterium pękania, opisane równaniem 2.1, wymaga znajomości wielkości energii powierzchniowej, bardzo trudnej do zbadania doświadczalnie, i dlatego często zastępuje się je równoważnym siłowym kryterium pękania. W tej metodzie wprowadza się nową, charakterystyczną dla danego materiału wielkość, zwaną krytycznym współczynnikiem intensywności naprężeń KIC. Siłowe kryterium pękania mówi, ze w chwili osiągnięcia przez współczynnik intensywności naprężeń, charakterystyczny dla szczeliny (rysy) pewnej wartości krytycznej , nastąpi, w wyniku pęknięcia, zniszczenie materiału:
KI=KIC
gdzie: KI- współczynnik intensywności napręń dla rysy, KIC - krytyczna wartość współczynnika intensywności naprężeń dla materiału, wyznaczana doświadczalnie.
Wartość KIC zależy od temperatury w jakiej pracuje element i jego grubości. Dla szkła krzemionkowego KIC=0,74-0,81 [MPaxm0,5].
|