Сверхзвуковые трещины помогут понять механику уничтожения материалов

В первый раз строго доказано, что в процессе уничтожения материалов трещина может распространяться со сверхзвуковой скоростью И в сопровождении ударных волн.

Это не только меняет точку зрения на процесс быстрого уничтожения, но И дает физикам-теоретикам редчайшую возможность получить точное решение какой-либо задачи в механике уничтожения.

Хрупкость твердых тел И их внезапное разрушение при критических нагрузках - Это, увы, неизбежный элемент нашей жизни. Упавшая фарфоровая чашка разбивается вдребезги, лобовое стекло автомобиля при попадании камня разлетается на мелкие осколки, бетонный фундамент здания дает трещину при землетрясении. К тому же К этому, большинство эластичные или ковкие материалы стают хрупкими при окислении или при весьма низких температурах (например, резина нетрудно выходит из строя на кусочки при температуре жидкого азота). В общем, нет необходимости убеждать, что без детального понимания механики уничтожения материалов в современном мире просто не обойтись.(Для знакомства рекомендую полистать раздел Механика деформируемого твердого тела в Соросовском образовательном журнале.)

Ключевой процесс в динамике уничтожения - Это поведение стартовой трещины, резвость ее распространения, ее ветвление И путь сквозь материал. Несмотря на кажущуюся простоту (И немалую важность!) этого явления, его теоретическое понимание до этого времени размещается в зачаточном состоянии. В арсенале теоретика, пытающегося решить эту задачу, долгое время имелись Лишь Два инструмента: описательная теория Гриффитса (которой уже почти сто лет!) или же ресурсоемкое компьютерное моделирование " в лоб ".(См. Детали в публикации Морозов Н. Ф., Математические вопросы механики уничтожения, СОЖ, 1996, N8, с. 117-122.)

К сожалению, остается много вопросов, на которые ни тот, ни другой метод до этого времени не давали четкого ответа. Среди них долгое время был вопрос про То, может ли трещина распространяться со сверхзвуковой скоростью? Лишь годом ранее американец Майкл Мардер (Michael Marder), теоретически изучая Разрыв резины под нагрузкой, нашел аналитические решения для закона движения стартовой трещины И выяснил, что оно нередко бывает сверхзвуковым (см. Работы M. Marder, Physical Review Letters, 94, 048001 (31 January 2005) И M. Marder, cond-mat/0504613).

И вот буквально не так давно оказалось, ведь Это свойство присуще не только резине. Два аргентинских физика, Авторы работы T. M. Guodzen and E. A. Jagla, Physical Review Letters, 95, 224302 (22 November 2005), начали с самого обычного компьютерного моделирования распространения поперечного разлома хрупкой пластинки (чтобы представить себе поперечный разлом, достаточно вспомнить, как мы 2-мя руками рвем картонку). Новшество заключалось в том, что рассматривалось вещество с нелинейной упругостью: при деформации выше критической вещество становилось весьма жестким.

оказалось, что в таком веществе трещины И в правду являются сверхзвуковыми. Однако даже не Это главное. Результаты компьютерного моделирования натолкнули исследователей на мысль, что есть какая-То простая И универсальная формула для скорости движения такой трещины. Авторы работы не поленились, построили разумную теоретическую модель И вывели эту универсальную формулу! Под конец своей статьи они не без гордости заявляют, что ими получен один из редчайших примеров точного решения в этом разделе механики.

отчего наличие именно сверхзвуковых трещин так важно для понимания механики уничтожения материалов? Потому что в этом случае меняется сама суть процесса уничтожения. Разрыв движется не Потому, что материал уже повсеместно напряжен, а Потому, что начальная трещина порождает ударные волны, которые, распространяясь впереди нее, как будто бы готовят почву для разлома. То есть в определенных случаях разрушение материала может происходить быстрее И легче, чем считалось прежде, что, несомненно, надо принимать во внимание при изучении поведения тел в экстремальных механических ситуациях.

Элементы