Механика длительного разрушения вязкоупругих тел с трещинами: теория, эксперимент (обзор)

Abstract

Наведено огляд теоретичних та експериментальних досліджень процесів деформування та довготривалого руйнування в'язкопружних тіл внаслідок повільного докритичного розвитку тріщин. Огляд орієнтований на дослідження докритичного розвитку тріщин з розвинутими зонами передруйнування і тих умов, які призводять до цього небезпечного розвитку, а також вивчення усіх етапів повільного росту тріщин, від їх ініціювання до початку динамічного розвитку. Проаналізовано моделі, критерії та методи дослідження процесів довготривалого руйнування в'язкопружних тіл з наскрізними та внутрішніми тріщинами. Наведено огляд експериментальних досліджень зон передруйнування в полімерах фізичними та механічними методами, а також теоретичних досліджень цих зон на основі моделей мезомеханіки руйнування, які враховують структурні та реологічні особливості. Особливу увагу надано: дослідженню розвитку тріщин в анізотропних середовищах; врахуванню фактору старіння в'язкопружних матеріалів на процес їхнього довготривалого руйнування; визначенню рівня безпечних зовнішніх навантажень, при яких не може починатися розвиток тріщин, а також дослідженням механізму багатоосередкового руйнування в'язкопружних тіл, послаблених декількома тріщинами і, особливо, закономірностям процесів, що можуть призвести до об'єднання в магістральні тріщини, яке може бути причиною повного руйнування таких тіл. Наведено методи і результати розв'язання плоских та просторових задач механіки довготривалого руйнування старіючих і нестаріючих в'язкопружних тіл з тріщинами при дії сталих і змінних зовнішніх навантажень, розклинюванні, а також при двовісному навантаженні.

The theoretical and experimental studies of the deformation and long-term fracture processes in the viscoelastic bodies owing to the slow subcritical growth of cracks are reviewed. This review is devoted to the study of subcritical growth of cracks with well developed process zones and the conditions, which result to this dangerous development, as well as the study of all stages of slow crack growth from the initiation to the dynamical development. The models, criteria and methods of investigation of processes of the long-term fracture in the viscoelastic bodies with through-thickness and internal cracks are analyzed. The experimental studies of the process zones in polymers using the physical and mechanical techniques as well as the theoretical studies of these zones on the base of models of mesomechanics, which taken into account the structural and rheological features of polymers are reviewed, too. A special attention is paid to the studies of crack growth in anisotropic media, to the allowance for the factor of aging viscoelastic materials in the process of their long-term fracture, to the determination of the level of safe external loads, which do not initiate the crack propagation, to the studies of mechanism of the multi-side fracture of viscoelastic bodies weakened by several cracks and here, especially, to the regularities of processes that can lead to coalescence of cracks into the main-line crack what can be a cause of the whole body failure. The methods and results of solving the 2D and 3D problems of the mechanics of longterm fracture of aging and non-aging viscoelastic bodies with cracks under action of constant and variable external loads, wedging, and biaxial loads are given.