5.4. Временные уравнения состояния и критерии длительной прочности

Вязкие (или реологические свойства) твердых тел устанавливаются главным образом по данным опытов на ползучесть. Ползучестью называется накапливание деформации во времени при постоянном напряжении. На Рис.20 показана типичная кривая ползучести при фиксированном эффективном напряжении сжатия (или растяжения) и определенных внешних условиях (температура, давления, влажность). На кривой выделяют условно три стадии ползучести: АВ – неустановившееся, она характеризуется уменьшением скорости деформации; ВС – установившаяся, скорость постоянная; СД – прогрессирующая, скорость деформации расчет вплоть до момента разрушения.

Деформация образца на первом участке сопровождается структурными изменениями, которые затрудняют ползучесть, происходит упрочнение. Выход на участок ВС означает, материал исчерпал способность упрочняться и вследствие этого уменьшилась скорость деформации. Ускоренная ползучесть на участке СД объясняется зарождением и развитием трещин.

- мгновенная деформация участок 0А. - деформация ползучести.

Для описания участков кривой ползучести используются различные теории.

Так для описания первых двух участков кривой чаще других используется теория старения, согласно которой полная деформация является функцией напряжения и времени при фиксированных внешних условиях (давление, температура, влажность и т.д.).

Для вязкоупругого тела деформацию вычисляют по формуле:

Значение параметров и для некоторых горных парод при определенном фиксированном времени имеют следующие значения:

Порода	Коэффициенты
Песчаник	0,0046	0,283
Известняк	0,0067	0,299
Глина кембрийская	0,01	0,2
Аргеллит	0,0158	0,279
Алевролит	0,0368	0,285
Галит	0,085	0,2
Каменная соль	0,15	0,246

Благодаря простоте и удобству, теория старения нашла широкое применение в практике инженерных расчетов. Но в силу того, что эта теория исходит из опытов на ползучесть при постоянных нагрузках, ею можно пользоваться только в условиях постоянного состояния или медленного монотонного его изменения.

Если разрушению предшествует малые деформации, то можно пренебречь изменением напряжения во времени, а время до начала разрушения найти по зависимости вида:

.

Значения коэффициентов и определяют, проводя испытания на длительную прочность, по результатам которой строят диаграмму длительной прочности

Время в течении которого исчерпывается несущая способность материала, является наиболее универсальным критерием разрушения (прочности), его примято называть критерием длительной прочности или долговечностью материала. Наиболее известная формула для вычисления долговечности получена С. Н. Жуковым на основе термофлюктацинной концепции для твердых полимеров и пригодна для горных пород:

.

Дополнительные разделы: