Основные проблемы механики разрушения

48 
Одно из преимуществ структурного вычленения управляющей 
компоненты случайного процесса заключается в том, что начальный и 
конечный моменты времени могут рассматриваться как переменные 
величины, соответственно с этим меняется и информационная 
составляющая задачи; закон же эволюции, который является инвариантом 
данного случайного процесса, остается при этом неизменным. На этой 
идее, в частности, основан метод переходных (условных) вероятностей 
классической теории случайных процессов. 
При этом закон эволюции и физико – мехиническая сущность 
развития и поведения трещин, микротрещин, дислокации, пор и других 
локальных дефектов объектов разрушения в условиях объемно – 
деформированного состояния недостаточно изучены. 
Вместе с тем, в механике разрушения поведение микрочастиц 
объектов разрушения (образцы разрушаемых материалов, элементы 
конструкции мащин и аппаратов и др.) при эволюции (переходе) в 
конечное состояние характеризуется как сложная иерархическая система 
случайных процессов. Последнее объясняется сложностью формы и 
конфигурации как самих объектов разрушения (куски или частицы 
измельчаемых материалов, конструкции рабочих органов и др. элементов), 
так и их дефектов в виде трещин, дислокации, пор и др. 
В условиях жесткой конкуренции, присущей рыночной экономике, с 
возрастанием энергетических потребностей и более рациональным 
использованием промышленного оборудования, в частности, дробильно-
измельчающих машин, увеличились размеры конструкций и машин, а 
также стали более жесткими условия их эксплуатации. В этой связи знание 
о параметрах механики разрушения (коэффициент интенсивности 
напряжений, коэффициент надреза, 
j
-интеграла и развития трещины) 
способствует обеспечению качества и эффективности измельчающего 
процесса и сохранению надежности конструкции машин и аппаратов. 
В постсоветском пространстве сформировалась целая плеяда 
ученых, которые занимались исследованием и совершенствованием 
процессов измельчения и оборудования для их механизации, а именно, 
доктора технических наук, профессора С.Д.Хусид (измельчение зерна), 
Е.И.Храпач 
(кормовых 
материалов), 
А.Р.Демидов 
(комбикорма), 
Л.А.Глебов (комбикорма), В.А.Голиков (сено-соломистых материалов), 
Дулаев В.Г. (мукомольная промышленность) А.А.Оспанов (кормовых и 
пищевых материалов), Е.Спандиярова (комбикорма), Д.Жайлаубаев 
(мясокостного сырья), Т.Абилжанов (сено-соломистых материалов), 
А.И.Смирнов 
(химическая 
промышленность), 
Н.В.Севостьянов 
(строительные материалы) и др. 
В то же время разработкой научно – теоретических основ закона 
эволюции трещин, пор, дислокации, микротрещин и др. дефектов, 
присутствующих в крупных конструкциях и их элементах, особое 
внимание уделяют ученые и практики дальнего зарубежья. Особенно в 
этом вопросе значительно преуспели японские ученые и исследователи. 

49 
Нестандартный подход к изучению хрупкого разрушения твердых 
тел осуществил в своих работах проф. Р.А.Родин. Впервые процесс 
разрушения предложено оценивать не по необходимым энергозатрататам, 
как главному критерию, определяющему конечный результат разрушения, 
а на основе силового воздействия в течение последовательно протекающих 
стадий, составляющих физическую сущность процесса разрушения. 
Согласно проведенных исследований Р.А.Родин установил, что процесс 
разрушения твердого изотропного тела можно представить в виде 
последовательных стадий: контактного взаимодействия и упругих 
деформаций в материале; создания зоны всестороннего сжатия до момента 
появления эффективной трещины; появления эффективной трещины и её 
увеличения до критических разборов; полной реализации потенциального 
запаса упругой энергии путем скоростного развития эффективной 
трещины и окончательного разрушения куска материала. 
По данным Б.В.Клушанцева
,
расход энергии на первой стадии 
разрушения тела не превышает 10% общего расхода энергии. Если всю 
полезную работу дробления принять за 100%, то на образование зоны 
всестороннего сжатия расходуется 73,4%, на развитие эффективной 
трещины до критического размера -22,5% и на скоростное развитие 
трещин - 4,4%. Поверхность частиц, находящихся в зоне всестороннего 
сжатия, составляет около 97% вновь образованной поверхности. Частицы 
подвергаются огромному напряжению (до нескольких тысяч мегапаскалей) 
и интенсивному трению между собой, до момента появления первой 
трещины, на что расходуется 95% всех энергозатрат. 
Из приведенных данных можно сделать важный вывод для теории и 
практики измельчения в свете современных представлений о механизме 
разрушения хрупких тел. Учитывая доминирующие энергозатраты 
расходуемые на создание напряженного состояния деформируемого тела, 
до появления в нем первой трещины, поиск неиспользуемых резервов 
(снижения энергозатрат) следует вести в области совершенствования 
механизма силового воздействия на измельчаемый материал. 
В реальных условиях мы вряд ли сможем реализовать в чистом виде 
энергетически выгодный способ разрушения материалов разрывом, то при 
создании дробильно-помольного оборудования целесообразно стремиться 
к рациональному сочетанию в них нормальных (
S
) и касательных (

) 
напряжений, воздействующих на разрушаемый материал. Кроме того, 
учитывая утвердившееся в настоящее время теоретическое положение о 
разрушении твердых тел под воздействием локальных пиков напряжений, 
концентрирующихся по краям дефектных трещин, развитое в трудах 
А.Гриффитса и его последователей, то при обеспечении раздавливающе - 
сдвигового силового воздействия на деформируемое тело следует ожидать 
появление трещин критических размеров при меньших энергозатратах. 
При этом создаются наиболее благоприятные условия для проявления 
разрывающих моментов (по Р.А.Родину), обеспечивающих напряжения 
растяжения, возникающих в устье микротрещин. 

50 
Касаясь теоретических воззрений ученых-сторонников теории 
трещинообразования (А. Гриффитса) следует отметить, что, соглашаясь с 
основополагающими положениями теории, каждый из авторов привнес в 
неё некоторые отличительные особенности. 
О целесообразности сочетания динамического воздействия со 
статическим прижимом свидетельствует результат исследований А.В. 
Мельникова и Ю.И. Чеботарева. Особенностью хрупкого разрушения в 
данном случае является распространение хрупкой трещины с высокой 
скоростью без увеличения номинальных напряжений. Не отрицая наличия 
пластической деформации поверхностного слоя твердого тела, авторы 
обращают внимание на тесную корреляцию между процессом 
распространения трещин и частотой приложения нагрузки, а также на 
возможность 
усиления 
процесса 
разрушения 
при 
реализации 
максимальных касательных напряжений и главных сдвигов. 
При этом, эффект релаксации, обусловленный переходом 
потенциальной энергии внешнего воздействия в кинематическую энергию 
изменяющихся свойств упругости и прочности материала, приводит к 
последующему (после воздействия) восстановлению прочности и 
сопротивляемости деформируемого тела разрушению. 
Поэтому, для повышения эффективности процесса разрушения тел 
необходимо стремиться к серии последовательных закономерных нагрузок 
и снижению до минимума периода релаксации. 
Таким образом, проведенный нами анализ научных работ в области 
теории разрушения хрупких тел и связанных с ней процессов позволяет 
сделать вывод о жизнеспособности и перспективности развития теории 
трещинообразования (теории Грифиттса), дополненной и развитой в 
трудах 
отечественных 
и 
зарубежных 
ученых. 
Подтверждена 
целесообразность рационального сочетания нормальных и касательных 
напряжений на всех стадиях измельчения материала. Для достижения 
критической прочности разрушаемых частиц при минимальных 
энергозатратах и повышения эффективности свешенных с разрушением 
процессов целесообразно обеспечить непрерывное сдвиговое силовое 
воздействие на деформируемые частицы при постоянном их внутреннем 
рецикле [65-70]. 

жүктеу 5,31 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: