Общие представления о выносливости материалов и способы ее описания

В соответствии с теорией дислокаций, используемой для объяснения процесса усталостного разрушения, в стадии упругопластического деформирования в кристаллах металла происходят сдвиги, распространяющиеся на межатомные связи кристаллической решетки. Граничные области между смещенными и сохранившими свое положение кристаллитами, называемые дислокациями, при нагружении перемещаются и, накладываясь одна на другую или скапливаясь в местах, препятствующих перемещениям, образуют концентрации дислокаций- вакансии. В зависимости от действующих напряжений и их амплитуды изменяется интенсивность образования вакансий, концентрация которых приводит к образованию микротрещин. Локальное разрыхление кристаллической решетки влечет за собой появление зародышей трещин усталости.

По существующим представлениям при усталостном разрушении могут быть отмечены три основных этапа. I этап характеризуется накоплением упругих искажений кристаллической решетки металла, происходящих при циклических нагружениях. При достижении определенного числа циклов в тех объемах металла, где упругие искажения кристаллической решетки достигли критического значения, после которого возникают уже необратимые искажения, т. е. нарушаются внутриатомные связи, появляются субмикроскопические трещины. Тогда наступает II этап усталости, характеризуемый разрыхлением структуры металла. Если амплитуда переменных напряжений достаточна для развития субмикроскопических трещин до размеров микротрещин, то при определенном числе циклов наступает III этап усталости - этап окончательного разрушения.

Вследствие резких отличий структурных особенностей бетона от структуры металла процесс его усталостного разрушения будет совершенно иным. Это отличие определяется в основном конгломератным строением бетона, составляющие которого имеют различные свойства, а также несплошностью его строения, связанной с наличием по всему объему большого числа пор и микродефектов, заполненных воздухом или водой.

Указанные неоднородности в структуре бетона являются причиной возникновения вторичного поля напряжений, концентрации которых у дефектов структуры и по границам компонентов с разными свойствами приводят к разрыхлению материала и зарождению микротрещин в этих зонах. Усталостное разрушение материала и в этом случае связано со скоплением в кристаллах вакансий, приводящих к последующему разрыхлению структуры твердой зоны, но этот процесс локализуется в указанных выше зонах, и на него значительное влияние оказывают жидкая фаза и пластические свойства бетона. Жидкая фаза, с одной стороны, вследствие проявления эффекта Ребиндера снижает усталостную прочность бетона, с другой - способствует «самозалечиванию» микротрещин, особенно при отдыхе, т. е. повышает усталостную прочность.