ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
В нагруженном теле положение существенно изменится. Во-первых, растягивающее напряжение приведёт к
ослаблению межатомных связей вдоль направления действия растягивающей силы, т.е. потенциальный барьер,
определяющий прочность связи, понизится от U
0
до U(σ) на величину ∆U(σ): U(σ) = U
0
– ∆U(σ). Влияние силы на
энергию активации разрыва межатомной связи показано схематически на рис. 2.4 для простейшего случая двухатомной
молекулы, растягиваемой вдоль её оси. В момент термофлуктуационного распада напряжённой связи атомы под
действием растягивающей силы удаляются друг от друга, поэтому восстановление разорванной связи становится менее
вероятным.
Рис. 2.4. Схема термофлуктуационного распада межатомных связей
в напряжённом теле:
а – исходное состояние связи; б – напряжённая связь «ждёт» прихода флуктуации
(энергия активации её распада снижена до U(σ)); в – флуктуация (совместно
с приложенной силой) осуществляет распад связи Е
фл
= U(σ); г – внешняя сила
раздвигает рассоединённые атомы, резко затрудняя рекомбинацию
разорванной связи
Сила распределена на всех межатомных связях в теле равномерно, т.е. на всех связях энергия активации распада
снижена одинаково – до U(σ). Тогда тепловые флуктуации величиной Е
фл
= U(σ), которые до нагружения тела были
практически «безопасными» (так как U(σ) < U
0
), начнут разрывать межатомные связи. Разрывные флуктуации возникают
на различных связях не одновременно. Некоторые связи будут разорваны сразу же или вскоре после нагружения тела,
другие – позже. Число разорванных связей будет нарастать со временем, и за время порядка
τ≈τ
kT
Е
фл
0фл
ехр
×
()
[
]
σ=× UE
фл
практически все атомы будут «посещены» разрывными флуктуациями. Если допустить, что разорванные
связи не восстанавливаются, то практически все связи будут разорваны и, следовательно, тело разрушится за время τ =
τ
фл
. Из данного условия вытекает, что долговечность тела примерно равна «периоду следования» разрывных флуктуаций
[7, 10].
Таким образом, механизм зарождения трещины связан с накачкой энергии из окружающей среды в отрицательную
флуктуацию плотности – дилатон.
2.3. ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
ТВЁРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
При нагружении в теле одновременно возникают два процесса: деформирование и разрушение. Они протекают с
разной скоростью, и обнаруживается тот процесс, для реализации которого требуется меньше времени. Деформирование
происходит через перегруппировку, т.е. разрыв и последующее возникновение межмолекулярных связей. Разрушение же
тела (разделение на части) требует разрыва химических связей в основной цепи. Однако оба процесса имеют
термофлуктуационную природу, они описываются одним и тем же уравнением [10, 11]:
−
для прямого пучка
−
γσ−
θ=θ
m
m
T
T
RT
U
1exp
0
; (2.7)
−
для обратного пучка
−
σγ−
θ=θ 1exp
***
0
*
T
T
RT
U
m
m
, (2.8)
где θ
m
– минимальная долговечность (период колебания кинетических единиц: атомов, молекул, сегментов), с; U
0
–
максимальная энергия активации перемещения сегмента из одного положения в другое, кДж/моль; γ – структурно-
механическая константа, отражающая неравномерность распределения нагрузки по цепям полимера, кДж/(моль·МПа); T
m
– предельная температура размягчения, К; R – универсальная газовая постоянная, кДж/(моль·К); θ – время достижения
заданной деформации (деформационная долговечность), с; σ – напряжение, МПа; T – температура, К;
*
m
θ
,
*
0
U
, γ
∗
,
*
0
T
–
эмпирические константы.
Физические и эмпирические константы, входящие в данные уравнения, как при разрушении, определяются
графоаналитическим способом.
σ
σ
σ
σ
σ
σ
а)
б) в) г)
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- …
- следующая ›
- последняя »
