Применение статистической теории Вейбулла для оценки термостойкости керамических материалов

Д. А. Иванов

doi:10.17073/1683-4518-2021-12-42-49

Применение статистической теории Вейбулла для оценки термостойкости керамических материалов

Д. А. Иванов

https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-12-42-49

Полный текст:

Аннотация

В рамках используемой концепции предполагается, что разрушение керамики вследствие термоудара инициируется на дефектах ее структуры ― концентраторах напряжений. В этом случае термостойкость керамики можно определять, используя теорию Вейбулла. С этой целью термоудару подвергали статистически достоверную выборку образцов алюмооксидной керамики. После этого проводили ее механическое испытание, рассчитывая вейбулловы параметры материала (пороговое напряжение, ниже которого вероятность разрушения равна нулю; среднее значение прочности; предельное напряжение, выше которого вероятность разрушения равна 100 %; модуль Вейбулла). Показателем термостойкости служила степень изменения этих параметров по сравнению с их значениями у образцов до термоудара. Этот показатель можно рассматривать как характеристику, определяющую сопротивление структуры керамики инициированию термических трещин на существующих концентраторах напряжений. Результаты определения термостойкости алюмооксидных образцов с применением статистической теории Вейбулла были подтверждены результатами определения их термостойкости методом локального термоудара (ЛТ).

Ключ. слова

алюмооксидная керамика, термостойкость, локальный термоудар (ЛТ), термоциклирование, микродефекты структуры, концентраторы напряжений, теория Вейбулла,

Об авторе

Д. А. Иванов

ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)»
Россия

Д. т. н.

Москва

Список литературы

1. Практикум по технологии керамики ; под ред. И. Я. Гузмана. ― М. : РИФ «Стройматериалы», 2005. ― 336 с.

2. Вильк, Ю. Н. Устойчивость керамики Mg‒ЧСДЦ к термическим повреждениям / Ю. Н. Вильк // Огнеупоры и техническая керамика. ― 1997. ― № 10. ― С. 12‒14.

3. Osterstock, F. A method to compare the thermal shock resistances and the severity of quenching conditions of brittle solids / F. Osterstock, B. Legendre // J. Phis. III France. ― 1997. ― № 7. ― Р. 561‒574.

4. Awaji, H. Thermal shock testing of ceramics by infrared heating / H. Awaji, S. Honda, T. Nishikawa // Int. Ceram. J. ― 1998. ― № 5. ― Р. 55‒67.

5. Ivanov, D. A. Studying thermal shock resistance of ceramic materials based on their structural sensitivity to a stress concentrator / D. A. Ivanov // Refract. Ind. Ceram. ― 2021. ― Vol. 61, № 5. ― Р. 580‒586. Иванов, Д. А. Изучение термостойкости керамических материалов по чувствительности их структуры к концентратору напряжений / Д. А. Иванов // Новые огнеупоры. ― 2020. ― № 10. ― C. 39‒45.

6. Danzer, R. Fracture statistics of ceramics ― Weibull statistics and deviations from Weibull statistics / R. Danzer, P. Supancic, J. Pascual, T. Lube // Engineering Fracture Mechanics. ― 2007. ― № 74. ― P. 2919‒2932.

7. Ono, K. A simple estimation method of Weibull modulus and verification with strength data / K. Ono // Appl. Sci. ― 2019. ― № 9. ― P. 1575‒1614.

8. Bertalan, Z. Fracture strength: stress concentration, extreme value statistics, and the fate of the Weibull distribution / Z. Bertalan, A. Shekhawat, J. P. Sethua, S. Zapperi // Phys. Rev. Appl. ― 2014. ― № 2. ― P. 034008-1‒034008-8.

9. Zhang, S.-L. Statistical strength of brittle materials with strongly interacted collinear microcracks / S.-L. Zhang, Li Teng, Y. Wei // Int. J. Solids Structures. ― 1998. ― Vol. 35, № 11. ― P. 995‒1008.

10. Klein, C. A. Flexural strength of sapphire: Weibull statistical analysis of stressed area, surface coating, and polishing procedure effects / C. A. Klein // J. Appl. Phys. ― 2004. ― Vol. 96, № 6. ― P. 3172‒3179.

11. Pang, S.-D. Statistics of strength of ceramics: finite weakest-link model and necessity of zero threshold / S.-D. Pang, Z. P. Bažant, J.-L. Le / Int. J. Fract. ― 2008. ― № 154. ― P. 131‒ 145.

12. Nadarajah, S. Strength modeling using Weibull distributions / S. Nadarajah, S. Kotz // J. Mechanical Science and Technology. ― 2008. ― № 22. ― P. 1247‒1254.

13. Chaturvedi, A. Estimation and comparison of the stress-strength model with more than two states under Weibull distribution and type II censoring / A. Chaturvedi, K. Taruna // Communications in statistics ― theory and methods. ― 2019. ― Vol. 48, № 3. ― P. 537‒548.

14. Catangiu, A. Data scattering in strength measurement ot steels and glass/epoxy composite / A. Catangiu, D. N. Ungureanu, V. Despa // The scientific bulletin of Valahia University Materials and Mechanics. ― 2017. ― Vol. 15, № 12. ― P. 11‒16.

15. Zok, F. W. On weakest link theory and Weibull statistics / F. W. Zok // J. Am. Ceram. Soc. ― 2017. ― Vol. 100, № 4. ― P. 1265‒1268.

16. Песоцкая, Н. С. Исследование структурнопрочностных и фрактальных свойств СВС-корунда на мезоскопическом уровне / Н. С. Песоцкая, С. Е. Закиев, В. А. Веретенников [ и др.] // Вопросы материаловедения. ― 2002. ― № 1 (29). ― С. 406‒409.

17. Barbero, E. Statistical analysis of the mechanical properties of composite materials / E. Barbero, J. Fernández-Sáez, C. Navarro // Composites. Part B: Engineering. ― 2000. ― Vol. 31, № 5. ― P. 375‒381.

18. Quinn, J. B. A practical and systematic review of Weibull statistics for reporting strengths of dental materials / J. B. Quinn, G. D. Quinn // Dental Materials. ― 2010. ― № 26. ― P. 135‒147.

19. Никоноров, Н. В. Оптическое материаловедение: основы прочности оптического стекла / Н. В. Никоноров, С. К. Евстропьев. ― СПб. : СПбГУ ИТМО, 2009. ― 102 с.

20. Кирюшина, В. В. Исследование керамических материалов с применением методов вероятностного анализа при разработке и производстве элементов летательных аппаратов : дис. … канд. техн. наук / В. В. Кирюшина. ― Обнинск, 2014. ― 206 с.

21. Ballarini, R. The lower bound for glass strength and its interpretation with generalized Weibull statistics for structural applications / R. Ballarini, F. Asce, G. Pisano, G. Royer-Carfagni // J. Eng. Mech. ― 2016. ― Vol. 142, № 12. ― P. 04016100-1‒04016100-20.

22. Кирюшина, В. В. Исследование влияния масштабного фактора на прочностные свойства полимерных композиционных материалов / В. В. Кирюшина, Ю. Ю. Ковалева, П. А. Степанов, П. В. Коваленко // Изв. вузов. Ядерная энергетика. ― 2019. ― № 1. ― С. 97‒106.

23. Кирюшина, В. В. Оценка параметров распределения Вейбулла при анализе прочности керамических материалов для обтекателей / В. В. Кирюшина, В. С. Левашов, В. С. Фетисов, М. Ю. Русин // Механика композиционных материалов и конструкций. ― 2006. ― Т. 12, № 1. ― С. 76‒82.

24. Низовцев, В. Е. Некоторые модели оценки напряженно-деформированного состояния керамических композиционных материалов с учетом технологических пор / В. Е. Низовцев, О. Б. Сильченко, М. В. Силуянова [и др.] // Вестник Брянского гос. техн. ун-та. ― 2018. ― № 1 (62). ― С. 52‒64.

25. Малкин, А. И. Статистическая кинетика квазихрупкого разрушения / А. И. Малкин, Ф. А. КуликовКостюшко, Т. А. Шумихин // Журнал технической физики. ― 2008. ― Т. 78, вып. 3. ― С. 48‒56.

26. Разрушение. Т. 7. Часть 1 (неорганические материалы) ; под ред. Г. Либовица (пер. с англ.). ― М. : Мир, 1976. ― 634 с.

27. Иванов, Д. А. Композиционные материалы : уч. пособие для вузов / Д. А. Иванов, А. И. Ситников. ― М. : Юрайт, 2019. ― 253 с.

28. Шевченко, В. Я. Техническая керамика / В. Я. Шевченко, С. М. Баринов. ― М. : Наука, 1993. ― 187 с.

29. Баринов, С. М. Прочность технической керамики / С. М. Баринов, В. Я. Шевченко. ― М. : Наука, 1996. ― 159 с.

Дополнительные файлы

Для цитирования: Иванов Д.А. Применение статистической теории Вейбулла для оценки термостойкости керамических материалов. Новые огнеупоры. 2021;(12):42-49. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-12-42-49

For citation: Ivanov D.A. Application of the statistical Weibull theory to estimate the thermal shock resistance of ceramic materials. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2021;(12):42-49. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-12-42-49

Обратные ссылки

Обратные ссылки не определены.

ISSN 1683-4518 (Print)

Логин
Пароль