Целлюлоза не может считатьсянепрочной или хрупкой, хотя химически она представляет собой сахар, построенныйиз связанных вместе молекул глюкозы. Все кристаллические сахара очень хрупки,сахар хрупок и в стеклообразном виде (вспомните ириску).
Материалом костей и зубов служат довольно простые неорганические соединения,которые в своей обычной кристаллической и стеклообразной формах также оченьхрупки. Конечно, можно сломать и кость, и зуб, но это случается сравнительноредко. Особенного восхищения заслуживают зубы, которые могут (при соответствующемуходе) разгрызать орехи в течение примерно сорока лет. Даже архисовременныезубные цементы несравненно слабее и более хрупки, чем материал зубов.
Поверхность раздела как тормоз для трещин
В вопросе о вязкости армированных пластиков, среди которых наиболееизвестны стеклопластики, существует интересный парадокс. Стеклопластиксодержит множество тонких стеклянных волокон, склеенных смолой воедино.Стекловолокно не отличается от обычного стекла ни физически, ни химически.Как мы уже видели, стекла катастрофически хрупки; так же ведут себя и волокнаиз стекла. Более того, смола, которая используется как связующая матрицав стеклопластиках, также достаточно хрупка; может быть, почти в такой степени,как стекло. Однако, когда оба этих компонента объединены вместе, получаетсяматериал, который производится в больших количествах главным образом благодаряего вязкости.
Не так давно мы с Дж. Куком решили разобраться в этом явлении количественно.В материаловедении многие задачи связаны с математическими трудностями,теоретически разрешимыми, но требующими слишком трудоемкой вычислительнойработы. К таким задачам относится в какой-то мере и расчет распределениянапряжений вокруг трещины. Но мы должны знать некоторые особенности картинынапряжений вокруг трещины, если хотим предугадать, как поведет себя трещина,столкнувшись на своем пути с какой-либо неоднородностью. Ведь стеклопластик- материал явно неоднородный, особенно интересная неоднородность возникаетна границе раздела между волокном и смолой.
В наше время ЭВМ меняют все представления о вычислительных трудностях.Концентрация напряжений у кончика трещины была впервые вычислена Инглисом в1913 году. Мы уже говорили об этом, его результаты можно считать классикой, ониабсолютно верны. С тех пор целый ряд ученых, более способных, чем мы, работалинад этой проблемой. Но дьявольски громоздкий математический аппарат однихзаставлял предполагать, что кончик трещины бесконечно остер, то есть имеетнулевой радиус; тех же, кто считался с конечным радиусом головки трещины, та жесамая математика принуждала использовать очень приближенные методы или жеопределять картину напряженного состояния только в какой-то ограниченнойобласти. Предположение о бесконечно острой трещине ведет к бесконечно большимнапряжениям, что, очевидно, лишено реального смысла и не помогает в решениипроблемы разрушения.