CC BY
7у
4. Савин Г.Н. Теоретическая механика / Г.Н. Савин, Н.А. Кильчевский, Т.В. Путята. - Киев: Гостехиздат, 1963. - 610 с.
5. Смирнов А.Ф. и др. Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений. - М.: Стройиздат, 1984. - 416 с.
6. Смирнов В.И. Применение сейсмоизоляции зданий и исторических сооружений в России / В.И.
Смирнов, Я.М. Айзенберг // Будiвельнi конструкций Мiжвiдомчий науково-техшчний збiрник. Вип. 60. - К.: НД1БК, 2004. - С. 210-217.
7. Смирнов В.И. Сейсмоизоляция зданий и сооружений / Промышленное и гражданское строительство, 1997, № 12. - С. 37-39.
Bolshev K. N., Candidate of Technical Sciences, senior research associate, FGBUN Institute ofphysics and technology problems of the North of the Siberian Branch of the Russian
Academy of Science of V.P. Larionov, Yakutsk Ivanov V. A. Doctor of Engineering, leading scientific employee FGBUN Institute ofphysics and technology problems of the North of the Siberian Branch of the Russian
Academy of Science of V.P. Larionov, Yakutsk Bolshakov A.M. Doctor of Engineering, head of Department, Professor RAS FGBUN Institute ofphysics and technology problems of the North of the Siberian Branch of the Russian
Academy of Science of V.P. Larionov, Yakutsk Alekseev A. A., Candidate of Technical Sciences, senior research associate, FGBUN Institute ofphysics and technology problems of the North of the Siberian Branch of the Russian
Academy of Science of V.P. Larionov, Yakutsk Syromyatnikova A.S., Candidate of physico-mathematical Sciences, leading scientific employee FGBUN Institute ofphysics and technology problems of the North of the Siberian Branch of the Russian
Academy of Science of V.P. Larionov, Yakutsk Andreyev A. S., graduate student, leading engineer. FGBUN Institute ofphysics and technology problems of the North of the Siberian Branch of the Russian
Academy of Science of V.P. Larionov, Yakutsk
Большев Константин Николаевич
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН
имени В.П. Ларионова, Якутск Иванов Василий Алексеевич доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН
имени В.П. Ларионова, Якутск Большаков Александр Михайлович Доктор технических наук, заведующий отделом, профессор РАН ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН
имени В.П. Ларионова, Якутск Сыромятникова Айталина Степановна Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН
имени В.П. Ларионова, Якутск Алексеев Анисий Анисиевич Кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН
имени В.П. Ларионова, Якутск Андреев Александр Семенович аспирант, ведущий инженер. ФГБУН Институт физико-технических проблем Севера СО РАН
имени В.П. Ларионова, Якутск
SPEED CRACK BRANCHING IN POLYMERS
СКОРОСТЬ ТРЕЩИНЫ ПРИ ВЕТВЛЕНИИ В ПОЛИМЕРАХ
Summary: The analysis of the criteria and mechanisms for crack branching. Experimental work on the study of crack branching in brittle plastic, crack velocity measurement . A criterion for crack branching. Key words: Crack branching, speed, polymer, steel.
Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal) #14, 2016 sä-™ Аннотация: Выполнен анализ критериев и механизмов ветвления трещины. Проведены экспериментальные работы по исследованию ветвления трещины в хрупком полимере, измерению скорости трещины. Предложен критерий ветвления трещины.
Ключевые слова: Ветвление трещины, скорость, полимер, сталь.
Одной из малоизученных проблем современной механики и физики разрушения твердого тела является ветвление трещины, которое наблюдается в таких кристаллических и аморфных материалах, как стекло, сталь, алюминий, полимеры и скальные породы.
Анализ теоретических и экспериментальных работ E. Yoffe, H. Shardin, F. Kerkhof, С.В. Серен-сена, В.М. Финкеля, K. Ravi-Chandar и W.G. Knauss [1], J. Fineberg [2], A.S. Kobayashi, И.Н. Бе-дия [3], О.Б. Наймарка [4], С.В. Уварова, О.А. Плехова по исследованию ветвления трещин в модельных и конструкционных материалах показывает, что параметром, контролирующим переход трещины от прямолинейного распространения к режиму ветвления, является критическое значение скорости распространения трещины V* (предельная скорость), причем V*<VR (VR - скорость волны Рэлея), и равна не определенной части Vr, а зависит от материала. Существует два фундаментально различных подхода для объяснения механизма ветвления трещины при достижении V*.
Ветвление трещины по Е. Yoffe, В.М. Финке-лю, J. Fineberg [2], И.Н. Бедию [3], О.Б. Наймарку [4], С.В. Уварову происходит в основном при инерционной перестройке поля напряжения, и следовательно зависит от достижения трещиной определенной скорости, связанной с характерными скоростями волн в материале. Однако, экспериментальные факты свидетельствуют, что между V* и характерными скоростями волн в материале корреляция отсутствует, V* сильно зависит от состава материала, экспериментально измеренные значения V* значительно ниже порога Yoffe.
В моделях F. Kerkhof, K. Ravi-Chandar и W.G. Knauss [1], A.S. Kobayashi, основанных на эволюции зоны процесса трещинообразования, ветвление трещины связано с изменением поведения материала около вершины трещины при достижении V*, которая зависит от свойств материала в пределах зоны процесса трещинообразования.
Таким образом, в настоящее время можно считать до конца не установленным физический механизм перехода трещины от прямолинейного распространения к ветвлению, объясняющий существование экспериментально наблюдающейся предельной скорости распространения трещины V*.
Материал и методика эксперимента
Для экспериментального исследования перехода от прямолинейного распространения трещины к режиму ветвления была проведена серия испытаний на растяжение плоских образцов из по-лиметилметакрилата (ПММА) размерами 150x75 мм, толщиной 4 мм с одним боковым надрезом глубиной 3 мм на универсальной разрывной машине «Instron». Производилось охлаждение образцов азотом до температуры -600 С в температурной
камере разрывной машины. При достижении заданной температуры производилось нагружение со скоростью 1 мм/мин до разрушения образца. Всего было испытано по пять образцов при температурах +20 °C и -60 °C.
Производилось измерение скорости трещины методом разрыва токопроводящих полос с помощью измерительной установки на основе прецизионного преобразователя сигналов термометров сопротивления и термопар «Теркон» соединенного с компьютером через плату Ла-н10м8-100 (рис. 1). На образцы с одного торца в средней части наносился боковой надрез глубиной 3 мм шириной 1,5 мм фрезерным инструментом, далее на поверхность наклеивались медные контактные площадки в верхней и нижней части, затем наносились регистрирующие полосы из токопроводящего клея на серебряной основе (рис. 2). К верхней общей медной площадке подключался источник питания, к нижним контактным площадкам подключалась измерительная схема, составленная из батареи сопротивлений номиналом от 10 Ом до 60 Ом, последовательно увеличивающаяся с шагом 10 Ом. При данной схеме, при последовательном разрыве трещиной токопроводящих линий получаем равномерное ступенчатое падение напряжения на измерительном сопротивлении, включенном последовательно батарее. В средней части пластины с обратной стороны фиксируется хромель-алюмелевая термопара для регистрации температуры пластины.
Обработка данных производилась в программной среде Mathcad Express.
Результаты эксперимента
При +20 C трещина распространяется прямолинейно в плоскости, перпендикулярной направлению максимальных растягивающих напряжений; разрушающие напряжения составляли Lp =10 МПа. Было испытано 5 образцов, получено ветвление трещины на 1 образце (рис. 2). На поверхности разрушения образцов без ветвления трещины обнаруживаются зеркальная и матовая зоны, которые соответствуют режиму стабильного прямолинейного распространения основной трещины, у образца с ветвлением трещины дополнительно имеется перьевая зона, в которой происходило ветвление трещины. Измерения скорости трещины показали следующее: зеркальная и матовая зоны соответствуют невысоким значениям скорости трещины (144-373 м/с), перьевая зона соответствует скоростям 418-454 м/с, ветвление трещины произошло при скорости около 500 м/с.
При -60 С разрушение происходит при более высоких разрушающих напряжениях |;=20-30 МПа, при которых получено множественное ветвление трещин. Было испытано пять образцов, во всех образцах трещина распространялись от надреза прямолинейно на расстояние 12-15 мм до
точки ветвления, после которой разрушение происходило путем множественного ветвления и параллельного движения фронта нескольких трещин (рис. 2).
На участке прямолинейного движения трещины зеркальная и матовая зоны имеют очень маленький размер, далее идет перьевая зона, после нее в шероховатой зоне поверхности разрушения находится точка первоначального ветвления трещины и последующих множественных ветвлений. Микроветви, занимающие часть толщины образца и имеющие клиновидную форму, имеются до и после точек ветвления основной трещины, механизм образования микроветвей и ветвления главной трещины одинаков.
Измерение скорости в зеркальной, матовой и перьевой зонах не удалось провести из-за их малой протяженности (0,5 - 1 мм) по сравнению с расстоянием между токопроводящими регистрирующими полосами (12 мм). Первоначальное ветвление трещины произошло при скорости около 750 м/с, а последующие множественные ветвления трещин при параллельном движении фронта нескольких трещин - при скоростях 750-920 м/с. Большой разброс измеренных значений скоростей на этапе множественного ветвления объясняется тем, что при движении фронта множественных трещин, движущихся под различными углами к горизонту, путь каждой трещины различен, и невозможно установить, какая трещины первой пересекла контрольную линию измерения скорости.
Выводы
Множественное ветвление с параллельным движением фронта нескольких трещин (4-6 основных трещин без учета микроветвей), при скорости ветвления трещины в данных экспериментах 750920 м/с, согласующейся с литературными данными в 500-800 м/с при ветвлении одиночной трещины, служит подтверждением тому, что избыточная энергия, поступающая в вершину трещины, расходуется на создание новых трещин, а не на увеличение скорости. Данные результаты подтверждают предложенную ранее авторами гипотезу физического механизма ветвления трещины [5], где достижение критической скорости V* для ветвления трещины является достаточным условием, а необходимым условием является превышение потока энергии, поступающей в вершину движущейся трещины, над энергией сопротивления материала росту одиночной трещины О*.
Таким, механизм ветвления формулируются следующим образом:
Переход трещины от прямолинейного распространения к ветвлению происходит, когда ее скорость V достигает своего предельного значения V,;, при котором удельная энергия, поступающая в вершину трещины g, превышает удельную
*
поверхностную энергию g, которая затрачивается на сопротивление материала росту одиночной трещины, т.е. при g>g* (необходимоеусловие) и V= Vс (достаточное условие). Величина g* зависит от деформационных свойств материала при
Рис. 1. Схема измерительной установки.
Рис. 2. Вид образца с регистрирующими полосами для измерения скорости.
.Рис. 2. Схемы распространения трещин в образцах ПММА: верхний ряд - при +20 °С, нижний ряд - при
-60 С.
Список использованной литературы: W.G. Knauss // International Journal of Fracture. -
1. Ravi-Chandar K. An experimental investiga- 1984. - №26 - P.141-154.
tion into dynamic fracture. III. On steady-state crack 2. Sharon E. Microbranching instability and the
propagation and crack branching / K. Ravi-Chandar, dynamic fracture of brittle materials / E. Sharon, J.
у
Fineberg // Physical Review B. - 1996. - V.54, №10. - P.7128-7139.
3. Бедий И.Н. Кинетика быстрых трещин и их ветвление: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук / ИПП АН УССР. - Киев, 1990. - 17 с.
4. Динамическая стохастичность и скейлинг при распространении трещины / О.Б. Наймарк, В.А. Баранников, М.М. Давыдова и др. // Письма в ЖТФ. - 2000. - Т.26, Вып. 6. - С.67-77.
5. Алексеев А.А. Разрушение твердых тел при быстром распространении и ветвлении трещин / А.А. Алексеев, А.С. Сыромятникова, К.Н. Большев. - Москва: Lambert Academic Publishing, 2013. - 128 c.
6. Механизмы разрушения полимерного материала при распространении и ветвлении трещины / А.С. Сыромятникова, А.А. Алексеев, А.И. Левин и др. // Деформация и разрушение материалов. - 2008. - №2. - С.33-39.
Kalmykova O. M.
k.f.n, assistant professor of department of the technician and technology of the motor transport (Branch) DSTU in Shakhty
Skirdachev V. A
student undergraduate of department of the technician and technology of the motor transport (Branch)
DSTU in Shakhty Harutyunyan Yu. V.
student undergraduate of department of the technician and technology of the motor transport (Branch)
DSTU in Shakhty Dmitriyenko N. A. Candidate of pedagogical sciences, associate professor of English Institute of Service sector and business
(Branch) DSTU in Shakhty
Кальмыкова О. М.
к. ф. н, доцент кафедры техника и технология автомобильного транспорта Институт сферы обслуживания и предпринимательства
(филиал) ДГТУ в г. Шахты Скирдачев В. А. студент магистрант кафедры техника и технология автомобильного транспорта Институт сферы обслуживания и предпринимательства
(филиал) ДГТУ в г. Шахты.
Арутюнян Ю. В. студент магистрант кафедры техника и технология автомобильного транспорта Институт сферы обслуживания и предпринимательства
(филиал) ДГТУ в г. Шахты Дмитриенко Н. А.
Кандидат педагогических наук, доцент кафедры Английского языка Институт сферы обслуживания и предпринимательства
(филиал) ДГТУ в г. Шахты
PROBLEMS OF ROAD SAFETY ON THE ROAD WITH ROUNDABOUTS
ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ДОРОГАХ С КОЛЬЦЕВЫМИ ПЕРЕСЕЧЕНИЯМИ
Summary: In this article problems of safety of traffic on roads with ring traverses are considered.
Keywords: safety, traffic, intensity, street road network, ring traverse.
Аннотация: В данной статье рассмотрены проблемы обеспечения безопасности дорожного движения на дорогах с кольцевыми пересечениями.
Ключевые слова: безопасность, дорожное движение, интенсивность, улично-дорожная сеть, кольцевое пересечение.
Now in the large cities with high intensity of ve- Ring traverses, have a number of important ad-
hicles traffic intersections with light traffic regulation vantages in comparison with other types of intersecare mainly replaced with ring traverses. tion at grades.
