Основы теории механики разрушения. Основные понятия и определения

Процесс деформирования любых твердых тел начинается с упругой деформации. Простота законов, устанавливающих однозначную связь между силами (напряжениями) и упругими деформациями (исчезающими после снятия нагрузки), способствовала тому, что теория упругости приобрела большую роль в механике твердых деформируемых тел.

Название «пластическая деформация» относится к остаточной деформации сдвига в кристаллических телах и прежде всего в металлах. Она вызывается действием касательных напряжений.

Технологическое оборудование (сосуды, аппараты, трубопроводы, резервуары и т.д.) является объектами сложных технических систем, к прочности, ресурсу и надежности которых должны предъявляться весьма высокие требования. В настоящее время общепризнано, что при изготовлении таких крупногабаритных сварных конструкций оболочкового типа, создание бездефектных конструкций практически невозможно.

Механизм разрушения и долговечность материала определяются постепенным накоплением локальных дефектов — деформаций и трещин в материале. Локальные дефекты материала, создавая локальные перенапряжения, становятся центрами разрушения.

Природа происхождения дефектов различна. Можно различать дефекты атомного строения (вакансии, дислокации), без которых реальных материалов не существует. Главным из них, снижающим теоретическую прочность металлических материалов до уровня реальной, является дефект строения кристаллической решетки, называемой дислокацией.

Именно дислокации являются основной причиной пластической деформации кристаллических тел (ковки, штамповки и прокатки). Начавшаяся пластическая деформация, сопровождающаяся в конечном счете применением формы и размеров объекта, резко затормаживает рост напряжений, которые не могут достигнуть теоретического уровня в процессе всей деформации вплоть до разрушения.

В инженерных расчетах на прочность, при анализе причин и характера разрушения объектов сложных технических систем традиционно рассматриваются дефекты, имеющие металлургическую природу (раковина, усадочные трещины) или технологическое происхождение (сварочные, закалочные, ковочные трещины), а также дефекты (особенно опасны трещиноподобные дефекты), которые могут появиться или развиваться в результате длительной эксплуатации оборудования. Доказано, что под воздействием коррозионно-активной среды, циклического нагружения и других факторов дефекты могут увеличиваться в размерах и тогда их развитие переходит из стадии стабильного (контролируемого) в стадию спонтанного разрушения. Поэтому неслучайно, что в практике эксплуатации сварных конструкций отмечаются случаи их преждевременного разрушения.