Введение

Фрагменты, отколовшиеся от более крупного твердого тела материала. Отколы образуются под воздействием различных механизмов, включая удар снаряда, коррозию, выветривание, кавитацию или чрезмерное давление при прокатке (например, в шарикоподшипнике). Отколы и отслоение описывают процесс разрушения поверхности, при котором образуются отколы. Термины "откол", "отколывание" и "отслоение" были приняты физиками элементарных частиц; в приборах для рассеяния нейтронов нейтроны генерируются путем бомбардировки урановой (или другой) мишени потоком атомов. Нейтроны, выбиваемые из мишени, называются "отколами".

Механическое расщепление

Механическое отслаивание происходит в точках контакта с высокими напряжениями, например, в шарикоподшипнике. Отслаивание происходит предпочтительнее, чем вдавливание (бринеллинг), когда максимальное касательное напряжение возникает не на поверхности, а чуть ниже, отслаивая фрагмент материала. Одной из простейших форм механического отслаивания является удар пластин, при котором две волны сжатия отражаются от свободных поверхностей пластин, а затем взаимодействуют, создавая область высоких растягивающих напряжений внутри одной из пластин. Отслаивание также может возникать как следствие кавитации, когда жидкости подвергаются локальному пониженному давлению, вызывающему образование паровых пузырьков, обычно в насосах, водяных турбинах, судовых пропеллерах и даже в трубопроводах при определенных условиях. При схлопывании таких пузырьков локализованное высокое давление может вызывать отслаивание на соседних поверхностях.

Противотанковая война

В противотанковой борьбе отслоение металла под воздействием механических напряжений является намеренным эффектом высокочувствительных фугасных противотанковых снарядов (HESH) и многих других боеприпасов, которые могут оказаться недостаточно мощными для пробития брони цели. Относительно мягкая боевая часть, содержащая или состоящая из пластичного взрывчатого вещества, сплющивается на броне танков и других бронированных боевых машин (ББМ) и взрывается, создавая ударную волну, которая распространяется по броне как волна сжатия и отражается от внутренней поверхности как волна растяжения, вызывая разрушение металла (разрыв при растяжении/деформацию) изнутри. Образующиеся отслоения опасны для экипажа и оборудования и могут привести к частичному или полному выходу из строя машины и/или её экипажа. Многие ББМ оснащены противоотслойными экранами внутри брони для защиты. Кинетический снаряд, если он способен пробить броню, как правило, также вызывает отслоение металла внутри цели, что способствует её уничтожению или выведению из строя вместе с экипажем. Одним из ранних примеров противотанкового оружия, специально разработанного для вызывания отслоения, а не пробития, является противотанковая винтовка wz. 35.

Разрыв в механическом выветривании

Расщепление – распространенный механизм выветривания горных пород, возникающий на поверхности породы при наличии значительных касательных напряжений в ее глубине. Эта форма механического выветривания может быть вызвана замерзанием и оттаиванием, разгрузкой, термическим расширением и сжатием или отложением солей.

Разгрузка

Разгрузка – это снижение давления вследствие удаления вышележащих пород. При быстром снижении давления быстрое расширение горной породы вызывает высокое напряжение на поверхности и отслоение.

Замерзание и оттаивание

Выветривание, вызванное замерзанием и оттаиванием, происходит из-за замерзания влаги внутри трещин в горных породах. При замерзании объем воды увеличивается, создавая значительные силы, которые приводят к отслаиванию кусков породы с внешней поверхности. Повторение этого цикла вызывает многократное отслаивание внешней поверхности, что и приводит к выветриванию. Некоторые каменные и кирпичные поверхности, используемые в строительстве, способны поглощать влагу. Под воздействием сильных морозов поверхность может шелушиться из-за расширения замерзшей воды. Этот эффект также наблюдается на терракотовых поверхностях (даже глазурованных), если вода проникает к краям.

Эксфолирование

Эксфолиация (или выветривание типа «луковая шелуха») – это постепенное удаление отслоений, вызванное циклическим повышением и понижением температуры поверхностных слоев породы. Породы плохо проводят тепло, поэтому при воздействии экстремальной жары внешний слой нагревается значительно сильнее, чем лежащая под ним часть, что приводит к неравномерному тепловому расширению. Это неравномерное расширение вызывает напряжения сдвига в подповерхностных слоях, что, в свою очередь, приводит к отслоению. Резкие перепады температуры, например, при лесных пожарах, также могут вызывать отслоение пород. Этот механизм выветривания приводит к тому, что внешняя поверхность породы отслаивается тонкими фрагментами, пластинами или чешуйками, отсюда и название – эксфолиация или выветривание типа «луковая шелуха».

Соляная расщепление

Соляное выветривание – это специфический тип разрушения, происходящий в пористых строительных материалах, таких как кирпич, натуральный камень, черепица и бетон. Растворенная соль переносится через материал с водой и кристаллизуется внутри него вблизи поверхности по мере испарения воды. Расширяясь, кристаллы соли создают напряжения сдвига, которые приводят к отслоению материала с поверхности. Некоторые специалисты полагают, что пористые строительные материалы можно защитить от соляного выветривания путем обработки проникающими герметиками, обладающими гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами и способными проникать достаточно глубоко, чтобы удерживать воду с растворенными солями на значительном удалении от поверхности. Однако необходимо проявлять особую осторожность и обращаться за консультацией к экспертам, чтобы убедиться в совместимости любого покрытия с основой в отношении паропроницаемости (способности выпускать водяной пар изнутри, предотвращая проникновение воды) – в противном случае могут возникнуть другие серьезные проблемы. Дымоходы демонстрируют признаки выветривания раньше других частей зданий из-за их большей подверженности воздействию атмосферных факторов.

Коррозия

При коррозии отслаивание происходит, когда вещество (металл или бетон) теряет крошечные частицы продуктов коррозии по мере развития коррозионной реакции. Хотя эти продукты коррозии не растворимы и не проницаемы, они не прилипают к поверхности основного материала, чтобы сформировать барьер для дальнейшей коррозии, как это происходит при пассивации. Отслаивание происходит из-за значительного изменения объема в ходе реакции. В случае актинидных металлов (особенно обеднённого урана, используемого в некоторых типах боеприпасов), материал настолько сильно расширяется при контакте с воздухом, что тонкий слой оксида срывается с поверхности. Медленно окисляющаяся пробка металлического урана иногда может напоминать луковицу, подвергшуюся шелушению. Однако основная опасность связана с пирофорными свойствами актинидных металлов, которые могут самовоспламеняться при большой удельной поверхности. Это свойство, в сочетании с присущей токсичностью и (для некоторых элементов – в меньшей степени) радиоактивностью, делает их опасными в обращении в металлической форме на воздухе. Поэтому их часто обрабатывают в инертной атмосфере (азота или аргона) внутри анаэробного перчаточного бокса.

Разрыв в огнеупорном бетоне

Существует две причины отслоения бетона: тепловые напряжения, вызванные быстрым нагревом, и внутреннее давление, возникающее при удалении воды. Возможность прогнозировать влияние различных скоростей нагрева на тепловые напряжения и внутреннее давление в процессе удаления воды особенно важна для промышленности и других бетонных сооружений. Взрывное отслоение огнеупорного бетона может привести к серьезным последствиям. При взрывном отслоении обломки значительной массы (1–10 кг) могут быть выброшены на расстояние в несколько метров, что создает угрозу безопасности и делает огнеупорную конструкцию непригодной для дальнейшей эксплуатации. Впоследствии потребуется ремонт, что повлечет за собой значительные затраты для промышленности.