Podstawy teorii zniszczenia dr hab. Edyta Jurewicz pok. nr 1055

Transkrypt

1 Wykład 2 Podstawy teorii zniszczenia dr hab. Edyta Jurewicz pok. nr 1055

2 RODZAJE I STANY NAPRĘŻ ĘŻEŃ stan hydrostatyczny kula σ 1 =σ 2 = σ 3 jednoosiowe ściskanie = kompresja σ 1 σ 2 = σ 3 jednoosiowe rozciąganie = tensja σ 1 =σ 2 > (-σ( 3 ) przestrzeń 3D = trójosiowe pole napręż ężeń σ 1 σ 2 σ 3 (σ 2 = napręż ężenie neutralne) dysk elipsoida σ 3 σ 1 σ 2 tensja KOMPRESJA (ściskanie)( TENSJA (rozciąganie) ŚCINANIE (para sił) ZGINANIE SKRĘCANIE

3 ODKSZTAŁCENIE A ZNISZCZENIE Odkształcenie (ang. strain) to miara deformacji ciała poddanego działaniu aniu sił zewnętrznych. Końcowym etapem jest zniszczenie. Odkształcenia ciągłe e poprzedzają odkształcenia nieciągłe (zniszczenie) Zniszczenie (ang. failure) to proces, a nie jednorazowy akt, poprzedzony odkształceniem. Jego przebieg zależy y od własności mechanicznych ciała. a. Zależno nością odkształcenia od czasu zajmuje się reologia.

4 RODZAJE ODKSZTAŁCE CEŃ jednorodne/niejednorodne - ciało o izotropowe - ciało o anizotropowe podatne/niepodatne - ciało o podatne - ciało o niepodatne (kruche) odwracalne /nieodwracalne liniowe/postaciowe/objęto tościowe

5 ŹRÓDŁA A NAPRĘŻ ĘŻEŃ obciąż ążenie nadkładem adem (ciśnienie litostatyczne) ruch płyt p litosferycznych (procesy geotektoniczne) działalno alność wulkaniczna (temperatura) USGS

6 ŹRÓDŁA A NAPRĘŻ ĘŻEŃ cd procesy diagenetyczne (przemiany objęto tościowe) pływy ruch wirowy Ziemi

7 SPOSOBY ROZŁADOWYWANIA NAPRĘŻ ĘŻEŃ subdukcja, kolizja, obdukcja uskoki (normalne odwrócone, przesuwcze) Phinney et al fałdowania, płaszczowiny

8 SPOSOBY ROZŁADOWYWANIA NAPRĘŻ ĘŻEŃ rozpuszczanie pod ciśnieniem poślizgi sieciowe i zbliźniaczenia zmiana sposobu upakowania ziaren, zmiana porowatości

9 WŁAŚCIWOŚCI SKAŁ Spręż ężystość = elastyczność zdolność do powracania do pierwotnego kształtu tu i rozmiaru Lepkość właściwość płynów w polegająca na powstawaniu w nich napręż ężeń zależnych od prędko dkości odkształcenia Plastyczność w sensie potocznym: łatwość uzyskiwania odkształce ceń trwałych Podatność wartość możliwych odkształce ceń ciągłych w materiałach ach skalnych Płynięcie odkształcenie trwałe e nie doprowadzone do zniszczenia

10 ODKSZTAŁCENIA W CZASIE REOLOGIA (Eugine Bingham 1920) Reologia (ang. rheology) dział fizyki zajmujący się przebiegiem odkształce ceń materiałów w w czasie Pełzanie (ang. creep) powolne płynip ynięcie materiału u przy stałej wartości napręż ężenia Zmęczenie skutek długotrwad ugotrwałego lub wielokrotnie powtarzanego obciąż ążenia - zmęczenie statyczne - zmęczenie dynamiczne (ang. static fatigue) (ang. dynamic fatigue)

11 ODKSZTAŁCENIA W CZASIE (zjawisko pełzania) jęzory solne w Iranie lodowiec Columbia na Alasce

12 ZJAWISKO PEŁZANIA (mechanizmy odkształcenia plastycznego) intragranularny fizykochemiczny intergranularny poślizgowy superplastycznoś

13 MODELE REOLOGICZNE Ciało o doskonale spręż ężyste (ang. elastic) (ciało Hooka) Przyrost odkształcenia jest wprost proporcjonalny do napręż ężenia. Jest natychmiastowe i odwracalne odkształcenie σ = const. czas t odkształcenie napręż ężenie σ s l Prawo Hooke a (1676): = eδ e, gdzie e = współczynnik proporcjonalności ci ponieważ e 0, to: E = 1/e moduł Younga (moduł spręż ężystości liniowej) Współczynnik Poissona (odkształcenia względne w dwóch kierunkach ): ): ν = s / l

14 MODELE REOLOGICZNE Ciało o doskonale lepkie (ang. viscous) (ciecz Newtona) Odkształcenie przebiega ze stałą prędko dkością Rozpoczyna się po przyłożeniu jakiegokolwiek obciąż ążenia σ = const. t σ >0 lepkość miara oporu wewnętrznego, jaki stawia płyn p napręż ężeniom ścinającymcym σ ciecze Newtona charakteryzuje liniowa zależno ność między napręż ężeniem ścinającym cym a prędko dkościąścinania cinania - ich lepkość zależy y od pt,, a nie od prędko dkości ścinania

15 MODELE REOLOGICZNE Ciało o doskonale plastyczne (ang. plastic) (ciało o St. Venanta - model tarcia) Odkształcenie przebiega ze stałą prędko dkością Rozpoczyna się po osiągni gnięciu granicy plastyczności ci σ = const. t granica plastyczności ci σ

16 ODKSZTAŁCENIE / ZNISZCZENIE krzywa zniszczenia dla skał σ σ odkszta kształcenie trwałe zniszczenie kruche (brittle) napręż ężenie odkształcenie spręż ężyste stan stan podatny podatny punkt ustąpienia stan stan kruchy kruchy zniszczenie σ σ zniszczenie półkruche (semi-brittle) odkształcenie zniszczenie podatne (ductile)

17 ODKSZTAŁCENIE / ZNISZCZENIE krzywa odkształcenia stali σ p ł y n i ę c i e osłabienie wzmocnienie wzmocnienie zniszczenie wytrzymałość doraźna naprężenie odkształcenie odkszta cenie plastyczne plastyczne granica proporcjonalnościci granica sprężystości granica plastycznościci odkształcenie spręż ężyste odkszta odkształcenie

18 Granica proporcjonalności ci punkt, do którego przyrosty odkształcenia sąs proporcjonalne do przyrostów w napręż ężenia Granica spręż ężystości poza granicą proporcjonalności ci może e występowa pować niewielki odcinek w przybliżeniu jeszcze prostoliniowy Granica plastyczności ci (granica płynip ynięcia) dalszy przyrost odkształcenia odbywa się bez przyrostu napręż ężenia. Odkształcenie plastyczne jest nieodwracalne (trwałe) Płynięcie całość odkształcenia trwałego (nieodwracalnego) Wzmocnienie w wyniku plastycznego płynip ynięcia materiał ulega wzmocnieniu, krzywa odkształcenia wznosi się Osłabienie następuje spadek krzywej poprzedzający zniszczenie napręż ężenie σ cenie granica proporcjonalności ci odkszta odkształcenie spr sprężyste yste granica spręż ężysto ystości granica plastyczności ci p ł odkształcenie plastyczne y n i ę c i e wzmocnienie wytrzyma ytrzymałość doraźna osłabienie zniszczenie odkształcenie

19 PEŁZANIE II FAZA płyni ynięcie plastyczne III FAZA zniszczenie t odkształcenie odkształcenie natychmiastowe nawrót t sprężysty nawrót t sprężysty I FAZA płynięcie sprężyste σ = const. odkształcenie trwałe czas opóźnienie spręż ężyste

20 WYTRZYMAŁOŚĆ Wytrzymałość to największa wartość napręż ężenia jaką dane ciało o może e znieść nie ulegając c zniszczeniu Wytrzymałość na: -ściskanie R c - rozciąganie R r -ścinanie R t Wytrzymałość na ściskanie» wytrzymałość na rozciąganie!!! Rc» Rr złom kruchy złom poślizgowy złom rozdzielczy rozciąganie ścinanie ściskanie lub rozciąganie

21 KRZYWE ZNISZCZENIA DLA CIAŁ KRUCHYCH I PODATNYCH TENSJA KOMPRESJA σ zniszczenie podatne zniszczenie kruche zniszczenie podatne zniszczenie kruche

22 (MPa) WYTRZYMAŁOŚĆ SKAŁ Rc wytrzymałość na: ściskanie Rc rozciąganie Rr ścinanie Rt Rr Rt bazalt marlimillerphoto.com granit geomorph.org wapień piaskowiec soton.ac.uk Wytrzymałość próbki» wytrzymałość masywu!!! soton.ac.uk

23 PYTANIA: Na czym polega zjawisko pełzania? Jak brzmi prawo Hooke a?