Механіка руйнування деталей.

Процесом руйнування прийнято називати сукупність послідовних змін міцності деталей, що приводять до порушення їхній сплошності. Процеси зміни міцностних властивостей деталей, як і всі процеси в металах, діелектриках і напівпровідниках пояснюють за допомогою зонної теорії, що складає основний розділ квантової механіки твердих тел.

Основою руйнівного процесу є фізична чи хімічна кінетика, що дозволяє побудувати модель процесу і знайти шляху керування ім. Кінетика руйнування деталей механізмів значною мірою залежить від дефектів кристалічних ґрат, дифузії, старіння й утоми матеріалів.

По сучасних представленнях причиною початку процесу руйнування є дефекти кристалічних ґрат: крапкові дефекти-вакансії, одномірні (лінійні) дислокації, двомірні (поверхневі) дефекти, наприклад по границях зерен, тривимірні дефекти – порожнечі, включення і т.д.

У результаті утоми матеріалу деталі спостерігаються структурні зміни на субмікроскопічному і мікроскопічному рівнях.

Процес механічного руйнування тісно зв'язаний із процесами старіння й утоми матеріалу. Старіння – це процес зміни будівлі і властивостей матеріалу, що відбуває або мимовільно при тривалій витримці і звичайній температурі, або при нагріванні при штучному старінні. У випадку мимовільного процесу переходу матеріалу з метастабільного стану в стабільне відбувається переміщення атомів у металі, змінюється його кристалічна структура. Процес цей неоднозначний і складається із сукупності багатьох рівнобіжних процесів. У метастабільному стані рівень внутрішньої енергії вище в порівнянні зі стабільним.

У загальному виді процес старіння може бути описаний рівнянням , відкіля

 ,

де σ – миттєва міцність матеріалу в даний момент;

σ₀ – початкова міцність матеріалу;

k – коефіцієнт;

u – енергія активації;

E – енергія реакції;

τ – час.

За характеристику міцності матеріалу звичайно приймають напруга, при якому настає розрив. Теоретично опір розриву при одночасному порушенні всіх міжатомних зв'язків на поверхні розриву складає 0,1Е (Е – модуль Юнга). Реальна величина опору розриву на кілька порядків нижче через нерівномірний розподіл внутрішніх напружень і інших факторів.

Площа руйнування в процесі експлуатації збільшується експоненціально

Аналогічно збільшується інтенсивність руйнування в міру збільшення пробігу .

Безпосередню експериментальну перевірку отриманої залежності виконати неможливо через складність виміру зміни тиску на поверхні чи тертя напруги в перетині в реальних умовах. Простіше цю залежність перевірити побічно по зміні площі руйнування, а відповідно і тиску (напруги) у процесі експлуатації, у залежності від чи пробігу часу роботи. З цією метою рівняння варто вирішити відносно Р. Площу руйнування в процесі експлуатації експоненціально зростає в міру збільшення пробігу після початку руйнування.

Результати експерименту дуже добре підтверджують експонентну залежність площі руйнування від пробігу автомобіля. Так, за результатами досліджень сумарна площа викрашування поверхні зуба ведучої шестірні головної передачі в процесі експлуатації автомобіля ЗИЛ-130 збільшується експоненціально:

 мм²; %.

Коефіцієнти кореляції 0,866 і 0,869 відповідно.