Окружающий человека материальный мир в значительной части создан руками самого человека. По мере развития цивилизации рукотворная часть будет постоянно увеличиваться, в том числе и за счет появления разнообразнейших по конструкции и назначению машин и механизмов. Это сопровождается повышением рабочих параметров-нагрузок, скоростей, температур, давлений, уменьшением габаритов и массы, повышением требований к точности функционирования и эффективности работы (производительности, мощности, КПД). Происходящее является естественным результатом научно – технического прогресса, помогающим человеку в дальнейшем освоении и изучении окружающей его среды, облегчающим и делающим более комфортным его жизнь.
Однако при этом есть и "обратная сторона медали" - эксплуатация машин требует от человечества все возрастающих расходов, значительная часть которых приходится на ремонты, ликвидации последствий непредвиденных остановок, аварий и катастроф.
Промышленность несет огромные потери из-за недостаточной работоспособности выпускаемых машин. Так, за весь период эксплуатации затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в несколько раз превышают стоимость новой машины, например, для автомобилей — до 6 раз, для самолетов — до 5 раз, для станков — до 8 раз, для радиотехнической аппаратуры — до 12 раз. Из-за коррозии ежегодно теряется до 10% выплавляемого металла .
Существенное недоиспользование потенциальных возможностей имеет место для машин, к которым предъявляются высокие требования безотказности (сохранению работоспособности). Они, как правило, снимаются с эксплуатации намного раньше того срока службы, который могло бы отработать большинство данных изделий.
Особенно с большими затратами времени и средств связано нарушение работоспособности уникальных машин, таких, как мощные турбины, доменные печи, тяжелые краны, химические и атомные реакторы и др. Нарушение работоспособности технологического оборудования (металлорежущих станков, сварочных аппаратов, термических печей) может привести к выпуску некачественной и ненадежной продукции.
Но могут быть и такие последствия нарушения работоспособности машин, которые нельзя оценить никакими экономическими показателями. Это - гибель людей в результате техногенных катастроф.
Для минимизации этих потерь все возрастающее внимание уделяется одному из важнейших свойств машины, а именно сохранять работоспособность в соответствии с заданными техническими условиями в заданных условиях эксплуатации в течение заданного промежутка времени. Данное свойство машины в инженерной отрасли знаний называется надежностью машины.
Надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при производстве и реализуется при эксплуатации.
Важнейшими показателями надежности являются безотказность и долговечность. Обеспечение требуемогоуровня этих показателей
невозможно без изучения основ физики отказов (усталостной прочности, ползучести, износа и т.п.).
Физика отказов изучает необратимые процессы, приводящие при эксплуатации машин к потере конструкционным материалом своих начальных свойств.
Эти процессы, подчиняясь определенным физическим закономерностям, вступают в разнообразные взаимодействия, имеют сложную связь с изменением выходных параметров машины. Раскрытие этих связей возможно на основе
результатов исследований естественных наук, изучающих физико-химические процессы разрушения, старения и изменения свойств конструкционных материалов (металлов и пластмасс), из которых изготовлены машины.
При этом основной особенностью этих исследований является рассмотрение всех явлений во времени. Временные закономерности физики отказов являются базой для решения задач по обеспечению заданной безотказности и долговечности машин.
При рассмотрении данных инженерно – технических проблем круг проблем, решаемых физикой отказа, конкретизируется и детализируется, и этим занимается раздел физики отказа – механика разрушения. Отрасли знаний, охватываемые механикой разрушения, наглядно показаны на настоящей схеме:
Согласно схеме механика разрушения начинает заниматься вопросами разрушения на уровне размеров атомов и дислокаций вплоть до размеров примесей и зерен.
Понимание этих процессов даёт возможность получить критерии, определяющие закономерности разрушения машин, и на основе этого позволяет целенаправленно проводить диагностирование технического состояния машин и прогнозирование их ресурса.
В книге изложены сведения, необходимые для знакомства с основами механики разрушения машин. В конце книги приведена основная библиография по данной отрасли знаний, которую можно использовать для углубленного изучения физической природы отказов машин.
