Кадри одночасного зростання двох тріщин в колоні рідини

Qian Huang et al. / PRL, 2016

Фізики з Данського технічного університету і Університету Дрекселя вивчили процес виникнення тріщин в полімерних рідинах.

Виявилося, що, на відміну від тендітних твердих тіл, деформація, при якій в об’ємі рідини виникає тріщина, майже не змінюється від досліду до досліду. Крім того, в рідинах можливий одночасний ріст декількох тріщин, неможливий в твердих тілах. Дослідження опубліковане в журналі Physical Review Letters, коротко про неї повідомляє Physics.

Автори вивчали поведінку в’язкопружного розчину полістиролу при швидких деформаціях. Для цього субстанцію поміщали між двома носіями, один з яких потім різко піднімали. Температура полімеру при цьому становила 120 градусів Цельсія — на 30 градусів вище температури переходу кристал-скло. Речовина при цьому витягувалося в колони, його поведінка вчені фіксували за допомогою високошвидкісної камери.

Виявилося, що розрив в колонах наступав при значних деформаціях — більше 250 відсотків. Іншим незвичайним результатом стала відтворюваність критичних параметрів утворення тріщин. У твердих тілах початок тріщиноутворення пов’язаний з початковою наявністю в матеріалі мікротріщин: розрив виникає там, де є «слабка ланка». Через це і порогове навантаження, необхідне для розриву твердого тіла, змінюється з параметрами «слабкої ланки» в кожному конкретному зразку.

Той факт, що в рідині від зразка до зразка не змінюються критичні деформації, говорить про інший механізм початку росту тріщини. До того ж через поверхневу напругу мікротріщини просто не можуть виникати в рідини. Автори припускають, що джерелом зростання тріщин є неоднорідності нагріву речовини.

Вчені помітили й іншу важливу вказівку на те, що механізм «слабкої ланки» не працює в рідинах. У деяких експериментах фізики фіксували створення і зростання відразу двох тріщин, що знаходяться в різних точках колони. У твердих тілах це майже неможливо. Цікаво, що форма тріщин в рідких зразках виявилася близькою до форми звичайних тріщин.

За словами вчених, дослідження показує, як тимчасової масштаб (швидкість розтягування, в даному випадку) може впливати на поведінку матеріалу. Цікавим завданням є пошук кількісного зв’язку між властивостями матеріалу (в’язкістю і пружністю) і енергією утворення тріщин. Побудувавши такий взаємозв’язок, фізики отримають новий спосіб управління властивостями матеріалів.



загрузка...

Читайте також

Коментарі