Прочность даже самого крупного сооружения в какой-то мере зависит отхимических и физических процессов, которые происходят на молекулярном уровне.Поэтому, говоря о материалах, нам придется оперировать физическими величинами,огромными и совершенно ничтожными, переходить от химических представленийк чисто техническим, совершать скачки из одной области науки в другую:материаловедение, выражаясь современным языком, находится на стыке наук.
Стоит лишь задуматься о механических свойствах твердого тела,как становится ясным, что какие-то представления о поведении материаловесть у каждого из нас, но далеко не всегда мы можем понять, почему материалыведут себя именно так, а не иначе. Правда, на вопрос "почему" ответитьвсегда сложнее. Однако, прежде чем доискиваться до причин какого-либо явления,его следует описать - точно и объективно. Это дело инженеров. Если дилетантможет довольствоваться смутными представлениями о том, как деформируютсяи разрушаются твердые тела, то инженер обязан быть точным, и немало поколенийинженеров совершенствовало это описание, стремясь сделать его предельнообъективным. Конечно, инженеры часто не отдавали себе отчета в том, почемукусок стали ведет себя так, а кусок бетона - иначе, но и в том, и в другомслучаях они проводили измерения и описывали все это в трудночитаемых книгах.Вооруженные знаниями "свойств" материалов, они обычно могут предсказатьповедение сложных конструкций хотя и у них случаются ошибки, и тогда мостылетят в реки, корабли тонут, самолеты разбиваются. Вся эта премудростьвоплощена в теории упругости, определяющей условия, при которых конструкционныематериалы воспринимают и передают нагрузки, сопротивляются им. Некотороепонимание всего этого необходимо и для того, чтобы разобраться в проблемепрочности материала. Если отбросить всю математику, основные принципы упругостина первый взгляд, право же, очень просты, но для истинного понимания онина удивление трудны. Причина этого, я думаю, кроется в том, что все мывоспитаны на некоторых инстинктивных знаниях о прочности - не будь этого,мы ломали бы вещи и травмировались гораздо чаще, чем сейчас. И в результатенам кажется, что такого подсознательного понимания вполне достаточно. Вконце концов все это оборачивается трудностями, связанными не столько сизучением элементарной теории упругости, сколько с собственными предубеждениями.
Кто сомневается во всем этом, пусть попробует объективно описать разницу междумеханическими свойствами, например, мела и сыра[5].Как правило,инженеру под силу такая задача. Более того, если бы мы захотели по строитьнекое сооружение, используя один из этих материалов, он смог бы предсказатьхарактер его разрушения. Однако объяснить разницу между сыром и мелом нам могуттолько представители определенных областей науки.
Твердые тела сохраняют свою форму благодаря химическим и физическим связям,существующим между их атомами и молекулами. Любое тело можно вывести изстроя несколькими различными путями - механическим разрушением, плавлениемили воздействием химическими реагентами. Так как в каждом случае должныбыть разорваны какие-то внутренние связи одного типа, можно было бы предположить,что существует некая простая связь между всеми названными фoрмами разрушения,и сегодня, когда о природе межатомных взаимодействий химики и физики знаютдовольно много, им не так уж трудно дать объяснение и прочности, и другиммеханическим свойствам материалов, так что, по существу, изучение разрушенияматериалов должно бы стать разделом химии.
В дальнейшем мы увидим, что прочность связана - как этого, конечно,и следовало ожидать - с химическими взаимодействиями, но связь эта косвенная,и обнаружить ее средствами классической химии или физики невозможно. Оказывается,мы не только нуждаемся в интерпретации результатов этих наук средствамиклассической теории упругости, но нам необходимо ввести еще и такие сравнительноновые и очень важные понятия, как дислокации и концентрация напряжений.
В свое время их введению сопротивлялись многие ортодоксы. До недавнихпор наука о прочности материалов несомненно отставала от других дисциплин,которые на первый взгляд кажутся и более трудными и более эффектными. Втечение долгого времени мы гораздо лучше были осведомлены о радио или овнутреннем строении звезд, чем о том, что происходит в куске стали. По-моему,причина здесь не столько в крайней сложности предмета, сколько в трудностях,связанных с объединением достаточного числа людей, занятых в различныхобластях науки, для совместной работы над одной общей проблемой.
Химики, естественно, предпочитают объяснять все свойства веществ наязыке химии, но когда они, наконец, разделываются с трудностями, порожденнымииспользованием инженерами иных единиц измерения (например, для энергии),то часто обнаруживают, что рассчитанные ими параметры прочности не толькоотличаются от истинных на несколько порядков, но даже качественно не имеютничего общего с результатами экспериментов. После этого они склонны заброситьвсе, утверждая, что предмет и не интересен, и не важен. Отношение физиковк этой проблеме несколько иное, но очень многие из них в течение долгоговремени гнались за другим зайцем: надо было разбираться в том, что происходитвнутри атома.
Бесспорно, в наши дни совместными усилиями физиков и металловедовудается в удивительных подробностях разгадать происходящие в металлах процессы,но классическое металловедение слишком долго оставалось чисто описательнойнаукой. Металловеды знали, что, добавив тот или иной элемент к сплаву,они как-то изменят его свойства. Еще они знали, что нагрев, охлаждение,ковка меняют механические свойства металлов. С помощью оптического микроскопаони могли наблюдать лишь сравнительно грубые различия в микроструктуре.Но, несмотря на то что наблюдаемые структуры как-то определяли механическиесвойства металлов, эта связь сама по себе не могла считаться убедительнымнаучным объяснением механического поведения металлов и сплавов.
