. .
PEVNOST A LOM SKLA A KERAMIKY
ING.
JAROSLAV
Praha 1990 SNTL Nakladatelství technické literatury
"
MENČÍK,
CSc.
OBSAH
Pi'edmluva
9
Použitá označení.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o .. ..
13
1
Pevnost a 10m skla a keramiky.
l. I 1.1.1 1.1.2
Struktura Sklo Keramika
1.1.3 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.6 1.7 1.7.1 1.7.2 1.8 1.9
Sklokeramika . . . . . . . . . . . . . . . Mechanické vlastnosti. . . . . . . . . . . Pružnost Nepružnéjevy Pevnost skla a keramiky. . . . . . . . . . Sklo o. . . o. . Keramika Teoretická pevnost ki'ehkýchlátek . . . . . . Príčiny nízké pevnosti skla a keramiky. . . . Sklo Keramika P.odmínkyrustu trhliny. . . . . . . . . o. . Casový prÔbehlomu. . . . . . . . . . . . Subkritický rust trWin,vlív okolního prostredí. MaximáinÍ lomová rychlost . . . . . . . o. . Trajektorie trhlíny . . . . . . . . . . . . . Porušení pri ruzných zpusobechnamáhání
1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.10
""""""" Koncentrované zatíženi 81 Rázové zatížení . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Teplotní napetí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Statistické aspekty pevnosti a lomu. . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2
Základy lomové mechaniky.
o . . . o . """" . . . . . . . . . . o . . . . . . . . . . . . . . . . o . . . o .
..
17
. o 17 . . 17 . o 20
. . . . . . . . . . . . 26 . . . . . . . . . o . . 28 28 o . . . . . . . . . . 31 . . . . . . . . . . . . 43 . . . . . . . . . . . . 44 46 . . . . . . . . . . . . 48 . . . . . . o . . . . . 52 52 58 . . . . . . . . . . . . 65 . . . . . . . . . . . . 69 . . . . . . . . . . . 70 . . . . . . . . . . . o 75 . . . . . . . . . . . . 77 81
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.1
Napjatost v telese s trhlinami.
2.1.1
Základní pojmy, faktor intenzitynapetí o . . 104 UrčovánÍ faktoru intenzity napetí . . . ."""""" . . . . . . . . . . . . . . 107
2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . o 104
Kritérium šírení trhliny. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Irwinovo kritérium krehkého porušení. . . . . . . . . . . . . . . . 119 Griffithovo (energetické) kritérium krehkého porušení. . . . . . . . . 120
5
2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.4./ 2.4.2 2.4.3 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3
Rychlost uvolňováníenergíe Praktické použití kritériiporušení. . . . . . . . Lomová houževnatostskla a keramiky. . . . . . Rychlost rustu trhliny. . . . . . . . . . . . . Sklo Keramika Stanovenípevnostia životnostitelesa strhlinou. . Materiály bez subkritickéhorustu trhlin Materiály se subkritickýmrUstemtrhlin Materiály v podmínkáchcreepu . . . . . . . . . Metody zajišteníprovozníbezpečnostia životnosti. Nedestruktivnízkušebnimetody . . . . . . . . . Matematíckostatístickémetody .,. . . . . . . Pretežovacízkoušky . . . . . . . . . . . . . .
3
Určovánímechanickýchvlastností.
3.1 3.1.1 3.1.2 3.2
Zjišťováníelastickýchkonstant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modul pružnostiv tahu Modul pružnostíve smyku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zjišťovánínepružnýchvlastností. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.4 3.4.1 3.4.2
Tvrdost Viskozita Creep Zkoušky pevnosti. . . . . . . . . . Pevnost v tahu Pevnost v tlaku. . . . . . . . . . . Pevnost v ohybu Pevnost ve smyku . . . . . . . . . . Pevnost pri víceosé napjatostí . . . . . l nertní a rázová pevnost. . . . . . . Zjišťování parametru lomové mechaniky. Zkušební vzorky. . . . . . . . . . . Stanovení lomové houževnatostí . . . . Zjíšťovánízávislosti v(K1) . . . . . . .
3.4.3 3.4.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.6 3.6.1 3.6.2 6
121 . . . . . . . . . . 123 . . . . . . . . . . 125 . . . . . . . . . . 129 129 135 . . . . . . . . . . 137 137 144 . . . . . . . . . . 155 . . . . . . . . . . 156 '. . . . . . . . . . 156 . . . . . . . . . . 157 . . . . . . . . . . 158
. . . . . . . . . . . . . . . . . 162
"""'"
162 163 165 166 167 168 170
. . . . . . . . . . . . . . . 172 173 . . . . . . . . . . . . . . . 174 175 . . . . . . . . . . . . . . . 180
. . . . . . . . . . . . . . . 181 . . . . . . . . . . . . . . . 182 . . . . . . . . . . . . . . 184 . . . . . . . . . . . . . . . 185
. . . . . . . . . . . . . . . 190
. . . . . . . . . . . . . . . 193
Stanoveníparametrusubkrítickéhorustu trhliny. Další druhy zkoušek . . . . . . . . . . . . . Zkoušky odolnostik náhlým zmenámteploty. . Zkoušky odolnostík rázu. . . . . . . . . . Zkoušky odolnostiviiči pretlaku. . . . . . . . Pretežovacízkoušky . . . . . . . . . . . . . Nedestruktivnízkoušky, akustická emise. . . . Zkoušky opotrebení . . . . . . . . . . . . . Matematickostatistickémetody Základní pojmy. . . . . . . . . . . . . . . Hlavní typy rozdelenípravdepodobnosti. . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 196 . 200 . 200 . 202 . 202 . 203 . 204 . 208 . 209 . 209 . 211
3.6.3 3.6.4 3.6.5
Stanovení pravdepodobnostilomu a dovoleného namáhání . . . . . . . 214 Vliv rozmerutelesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Chyby zpusobenérozptylemnamerenýchhodnot. . . . . . . . . .. 224
4
Analýzalomu.
4.1 4././
Vnejší lomový obrazec. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Hlavní znaky. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
4./.2
Praktické
4.2 4.2./ 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.3
"""""""""""'" Morfologie lomových povrchu. Hlavní znaky. . . . . . . . . Ohnisko lomu. . . . . . . . . Lomové zrcátko . . . . . . . . Lomová kresba. . . . . . . . Drsný a hrubý povrch. . . . . Lasturový 10m. . . . . . . . Obecný postup pri analýze lomu.
5
Zvyšovánípevnostiskla a k('famiky . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
5.1 5.2 5.2./ 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.3 5.3./ 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5
Obecné cesty ke zvyšování odolnosti proti porušení. . . . . Zvyšování pevnosti skla. . . . . . . . . . . . . . . . . Ochrana pred vznikempovrchovýchyad . . . . . . . . . . Úprava povrchu s cílem odstranitnebo zmenšitprítomnévady. Vytvorení tlakového predpetív povrchové vrstve. . . . . . . Rízená krystalizace Kombinace s jinými materiály. . . . . . . . . . . . . . . Zvyšování pevnosti keramiky. . . . . . . . . . . . . . . Zmenšovánívelikosti kritických yad . . . . . . . . . . . . Snížení nepríznivýchvnitrníchpnutí . . . . . . . . . . . . Zvyšování odporu vuči šífení trhliny. . . . . . . . . . . . Vytvárení ochrannýchpovrchovýchvrstev Nekteré další prípady. . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Konstruováníz krehkýchmateriálu.
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
Specifikace pracovních podmínek . Zajištení provozní bezpečnostia životnosti. . Volba materiálu. . . . . . . . . . . . . . Konstrukční návrh. . . . . . . . . . . . Dimenzování součásti
.,
Mechanickéopracování . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
7./ 7././ 7./.2
Vytvorení trhliny. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 Vyvolání trhliny mechanickýmpusobením 325 Vyvolání trhliny energetickýmpusobením,laser. . . . . . . . . . . . 327
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
ukázky
238
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
244 244 245 254 255 260 260 261
. . . . . 264 . . . . . 267
. . . . . 267 . . . . . 271 . . . . . 273 281 . . . . . 282 . . . . . 284 . . . . . 285 . . . . . 286 . . . . . 290 297 . . . . . 302
. . . . . . . . . . . . . . . . . 305 . . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
305 306 309 310 316
7
7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4
Opracování s Ťízenýmvedenímjediné trhliny. Lámání s naŤÍznutím . . . . . . . . . . . Sekání Opukávání, delení kontrolovanýmlomem . . Opracování s oddelovánímmalých částic . . Broušení Vrtání, Ťezání . . . . . . . . . . . . . . Otryskávání, opracováváníultrazvukem Soustružení,frézování, vrtání . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
330 331 333
. . . . . . . . . . . . . 334 . . . . . . . . . . . . . 340 . . . . . . .. ""
340 343 343
. . . . . . . . . . . . . 345
Literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 Rejsuík. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 Tabulky na konci knihy: Tabu/ka7. Faktory intenzitynapetí. . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 Tabu/ka10. Činitel g pro nlzná zatížení . . . . . . . . . . . . . . . . 380
8
,
