"Портрет трещины" - читать интересную книгу автора (Финкель Виктор Моисеевич)

НАДЕЖДА -МОЙ КОМПАС ЗЕМНОЙ

Дорогой читатель! В первой половине книги мы посеяли семена нашего понимания природы разрушения. Теперь, когда они взошли и уборка в разгаре, нам нельзя потерять ни одного зернышка, ни одного колоска надежды на усмирение трещины. Ведь это не просто наша прихоть, а насущная потребность мира машин, механизмов и конструкций, от которых зависит наше существование, а порой и наша жизнь.

Крупицу оптимизма можно отыскать и в таком, казалось бы, безысходном процессе разрушения, каким является ветвление. Множественный распад трещин превращает некогда монолитный металл в груду осколков и не оставляет никакой надежды «выцарапать» из этого безжизненного хаоса что-то полезное. Однако если ветвящаяся трещина одна, а в металле она часто бывает одиночной, то тогда-Тогда нам нужно вспомнить, что после каждого эпизода ветвления трещина моментально теряет свою скорость, а иной раз и вообще останавливается.

Нельзя ли использовать это обстоятельство и влиять на ветвление каждый раз, когда это нужно?

Но прежде всего, когда это выгодно? Тормозить трещину таким образом в закаленной стали, например, явно нецелесообразно. Затормозившись после ветвления, трещина моментально разгонится вновь в таком мате-

риале. Уж очень хрупок металл и велики ускорения разрушения из-за больших внутренних напряжений. Совершенно другое дело обычная незакаленная сталь. Или сталь, прошедшая после закалки отпуск. В ней внутренние напряжения относительно малы. Вязкость металла велика и энергия, необходимая для разгона трещины, на один-два порядка выше, чем в закаленной стали. Поэтому, если в такой стали осуществить насильственное ветвление, то потерявшая скорость трещина не сможет восполнить запас своей кинетической энергии за счет внутренних напряжений металла. С другой стороны, трещине понадобится много энергии для разгона, которую она вынуждена будет черпать из резервуара упруго нагружающей системы. А для этого нужно немало времени.

По существу мы использовали известный безжалостный принцип самбо: падающего – толкни, нападающего – тяни. Для остановки быстрой трещины мы заставили ее размножиться и создать вместо одного разрушения целый куст. Конечно же, при этом мы заплатили невероятную цену: чтобы остановить надвигающуюся катастрофу, мы заложили основы для двух новых в будущем. Но это в будущем. А сегодня… Сегодня в нашем арсенале методов торможения появился еще один.

Этот метод, каким бы спорным и сложным он не оказался впоследствии, открыл еще одно окошко в весенний мир надежды, хотя дело обстоит далеко не просто.

Быстрая трещина представляет собой систему неустойчивую. Ее склонность постоянно «рыскать» из стороны в сторону, ее «беспринципность» – безынерцион-ность – обостряются по мере возрастания скорости распространения. При режимах, близких к ветвлению, эти процессы делают трещину «легко ранимой», уязвимой по отношению к любому динамическому воздействию извне. Совсем не обязательно, чтобы оно было большим по мощности и силе. Ведь когда система неустойчива, нетрудно вывести ее из равновесия. Для возникновения ветвления достаточно даже слабое воздействие.

Поэтому проблемы ветвления связаны не с тем, будет оно тормозить трещину или нет. Это бесспорно. Главное заключается в том, как это сделать. Простейший путь – взаимодействие трещины с импульсом сжатия.

Когда-то в античной трагедии развязку, которую трудно

было решить обычными традиционно человеческими средствами, драматурги осуществляли методом, известным под названием беиз ех тасЫпа («Бог из машины»). Буквально это означало вмешательство кого-нибудь из богов, прибывших на сцену с помощью механического приспособления. В роли такого Оеиз ех таспта способен в нашем случае выступить упругий импульс сжатия, направленный нормально или под углом к трещине. В этом единоборстве импульс всегда побеждает, потому что нестабильной трещине многого и не надо и «укус пчелы» – импульс – почти с неизбежностью изменяет траекторию трещины и ведет к мгновенному ветвлению.

Таким или каким-либо другим импульсным методом нетрудно нарушить стабильность быстро и катастрофически растущей трещины, заставив ее тем самым разветвиться и потерять скорость. Проведенный несколько раз последовательно такой процесс на расстоянии в несколько миллиметров и сантиметров позволил бы остановить любую трещину.

Ну что ж – остановили мы разрушение. Но в металле – целая метелка трещин.

Что же ждет эту конструкцию в будущем? Ведь ее «жизнь» – искусственно созданное нами существование, продленный эпизод. Это жизнь, в которую разрушение проникло настолько глубоко, что надеяться на нее нельзя – конструкция «едва дышит».

К счастью, в этом случае мы располагаем одним весомым аргументом, позволяющим утверждать, что все-таки шансы на «спасение» есть и немалые. Дело в том, что для разгона трещины надо затратить энергию на пластическую деформацию в ее вершине. Оказалось, что при малых скоростях пластичность велика, но с ростом скорости она быстро падает (примерно обратно пропорционально квадрату скорости). Поэтому, если трещину посредством ветвления притормозить или остановить, усилия для ее дальнейшего продвижения будут нелинейно велики. Тем более что в одном районе уже будет не одна трещина, а две-три. Для их роста теперь понадобится энергия, во много раз превышающая ту, при которой росла одиночная трещина до ветвления. Такой энергии в системе может не оказаться, и тело с метелкой трещин окажется достаточно прочным, чтобы выдержать некоторое время до создания условий, пригодных для ремонта конструкции. Конечно, мы предпочли

бы монолитное крыло самолета, а не систему трещин. Но что же делать, коль скоро разрушение началось? Для предотвращения беды, видимо, все средства хороши. И мы в этой ситуации мало чем отличаемся от неизвестного генерала, победная реляция которого звучала так: «У нас не оказалось белого флага и мы вынуждены были победить».