О критериях прочности конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии в условиях низких температур

Известно, что температура может оказывать существенное влияние на свойства материала, его прочность, пластичность. При охлаждении многих конструкционных материалов происходит рост напряжений второго рода и образование микротрещин, деформирование сопровождается эффектом Баушингера в микрообъемах металла, наряду со скольжением часто существенную роль начинают выполнять изгибание, двойникование и сброс, изменяется кинетика разрушения. В результате по своим механическим свойствам и структурному состоянию материал как бы переходит из одной категории в другую (например, становится более неоднородным по структуре, более хрупким). Учитывая, что с изменением температуры металл проявляет различную способность пластически деформироваться, в основу анализа при построении теории прочности можно положить представления Прандтля о двух типах разрушения: хрупком (отрывом — от нормальных напряжений) и вязком (сдвигом — от касательных напряжений). Схема Прандтля, как известно, получила широкое развитие в трудах советской школы механиков.

Подходы Прандтля не противоречат современным физическим представлениям о кинетике разрушения металлов, но нуждаются в серьезной детализации. Прежде всего оказывается более важной роль пластической деформации, которая предшествует разрушению даже при температурах, значительно ниже температуры макроскопического перехода металла в крупное состояние. На основании последних достижений в области физики твердого тела и, в частности, теории дислокаций можно считать установленным, что разрушение только от нормальных напряжений, как и только от касательных, практически невозможно.

Если пластическая деформация, вызываемая касательными напряжениями, разрыхляет и готовит материал к разрыву, то нарушение материала происходит под действием нормальных растягивающих напряжений. Таким образом, наступление предельного состояния обусловлено способностью материала оказывать сопротивление как касательным, так и нормальным напряжениям и, следовательно, определяется критерием возникновения трещин — некоторой функцией касательных напряжений т(/ — и критерием их распространения — максимальным растягивающим напряжением ах, как наибольшим из трех. Условие, определяющее предельное состояние материала, может быть записано в виде