Материале возникают

На рис. 74 показана простейшая схема ультразвуковой сварки. Свариваемые заготовки 5 помещают на опоре 6. Наконечник 3 соединен с магнитострикционным преобразователем 1 через трансфоо-матор упругих колебаний 2, представляющих вместе с рабочим инструментом 4 волновод (на рис. 74 показано, как изменяется амплитуда колебании по длине волновода). Ультразвук излучается непрерывно в процессе сварки. Элементом колебательной системы возбуждающей упругие колебания, является электромеханический преобразователь 1, использующий магнитострикционный эффект Переменное напряжение создает в обмотке преобразователя намагничивающий ток, который возбуждает переменное магнитное поле в материале преобразователя. При изменении величины напряженности магнитного поля в материале возникает периодическое из-

Неустойчивость продольно сжатых стержней может возникнуть еще задолго до того, как напряжение в стержне достигнет предела упругости. Стержень легко выдерживал бы ту же самую нагрузку, если бы она вызывала не сжатие, а растяжение стержня. Поэтому, например, толкающие рычаги в машинах приходится делать большего сечения, чем тянущие. Это относится п к другим конструкциям, в которых возникают деформации сжатия. Сосуды, которые должны выдерживать давление снаружи (при этом в материале возникает сжатие), должны иметь более прочную конструкцию, чем сосуды, которые то же давление должны выдерживать изнутри (в материале возникают растяжения). Это приходится учитывать, например, при конструировании подводных лодок.

Исследования процесса разрушения от переменных напряжений показали, что при этом в материале возникает микротрещина, которая постепенно проникает в глубь изделия. Переменные напряжения способствуют быстрому развитию трещины, так как во время работы края ее то сближаются, то расходятся. По мере развития трещин усталости поперечное сечение ослабляется все сильнее и в некоторый момент ослабление достигает такой величины, что случайный толчок или удар вызывает мгновенное хрупкое разрушение.

ности 1,6 • 104 Вт/см2 плотность дислокаций достигает 10е см 2-Наблюдаются одиночные дислокации и сплетения дислокаций, свидетельствующие об их взаимодействии. Подобную дислокационную структуру имеет закаленное железо [25]. С ростом плотности мощности излучения до 2,7 • НО4 Вт/см2 средняя плотность дислокаций возрастает до 1010 см~2 и более, причем наблюдается образование дислокационных сеток. При дальнейшем повышении плотности мощности до 8 • 104 Вт/см2 (уровень, соответствующий плавлению материала) в материале возникает ячеистая дислокационная структура с плотностью дислокаций в границах ячеек до 1011—1012 см~2. Подобная структура характерна для сильно деформированных металлов. В переходной зоне, расположенной между расплавленным и основным материалом, плотность дислокаций составляет примерно 109 см~2.

Материалы ОС целесообразно использовать в конструкциях, в которых возникает напряженное состояние, близкое к линейному; оптимальным вариантом использования материалов ОС при линейном напряженном состоянии будет такой, когда растягивающие и сжимающие напряжения совпадают с направлением волокон. В случае сложного сопротивления или изгиба, когда в материале возникает сложное напряженное состояние, могут произойти разрушения как от действия скалывающих касательных напряжений, так и от нормальных напряжений. Материалы на основе ОС целесообразно использовать в вантовых и стержневых конструкциях.

как отражается на этой диаграмме влияние природы материала на его поведение. На левой диаграмме проводится система предельных линий, выделяющих некоторые области характерной работы материала. Согласно третьей теории проводится горизонтальная линия текучести с ординатой, равной тт, т. е. тому значению максимального касательного напряжения, при котором в материале возникает текучесть. Параллельно ей проводится линия среза с ординатой, равной тк — тому значению касательного напряжения,

Тонкостенный трубчатый образец 4 исследуемого материала через переходник 8 жестко крепят к массивной плите 7, подвешенной на стальных нитях 5. Как продольные колебания образца, при которых в материале возникает однородное напряженное состояние растяжение-сжатие, так и крутильные, при которых материал образца из-за его тонкостенности испытывает чистый сдвиг, возбуждаются одним электромагнитным возбудителем /. Для возбуждения колебаний на свободном конце образца крепят якорь 2. На якоре смонтирован емкостной датчик 3.

Механизм образования радиационных дефектов и изменение физических свойств материалов под действием реакторного облучения как в ТЯР, так и в реакторах деления состоит в том, что рожденные в реакторе частицы (нейтроны, электроны, ^-кванты, а-частицы и т. д.) создают в облучаемом материале при упругих столкновениях с его атомами ПВА, которые, в свою очередь, создают каскад смещенных атомов и вакансий. В материале возникает большое число точечных дефектов с неоднородной пространственной плотностью. Далее эти дефекты под действием температуры, механических напряжений и облучения испытывают сравнительно медленную эволюцию, образуя комплексы точечных дефектов, выделяясь на внедрениях и неоднородностях, создавая дислокационные петли и поры. Эта эволюция и ее результат — изменение физических свойств материала — рассмотрены в следующих главах.

Вследствие взаимодействия спиновых и орбитальных магнитных моментов в материале возникает большое число областей со спонтанной намагниченностью, которые называют доменами. Вид доменов в тонкой ферромагнитной пленке, наблюдаемых под микроскопом в поляризованном свете, показан на рис. 1.17. На рис. 1.17, б представлено распределение доменов на пленке, расположенной на трещине в образце, а на рис. 1.17, а - на образце без повреждений. Видно, что магнитное поле над дефектом вносит существенное изменение в распределение доменов. Способ индикации магнитных полей по распределению доменов на ферромагнитной пленке может быть использован для проверки эталонных образцов, а также и для обнаружения дефектов.

5. Рассмотрите слой упругого материала, помещенного между двумя идеально жесткими плитами и скрепленного с ними. К плитам приложена нормальная сжимающая нагрузка, в результате чего в материале возникает нормальное к поверхности плит напряжение ог. Предполагая, что скрепление материала с плитами полностью предотвращает все поперечные деформации, т. е. что 8^=8^=0, определите кажущийся модуль упругости аг/8г в направлении г через постоянные материала Е и v. Покажите, что он во много раз может превышать величину Е, если материал слоя в условиях действия гидростатического давления почти несжимаем.

мягкой матрицей. При увеличении количества ячеек с наполнителем до порога перколяции в материале возникает бесконечный жесткий кластер, и макрохарактери— стики системы должны резко возрасти.

Тонкостенный трубчатый образец 4 исследуемого материала через переходник 8 жестко крепят к массивной плите 7, подвешенной на стальных нитях 5. Как продольные колебания образца, при которых в материале возникает однородное напряженное состояние растяжение-сжатие, так и крутильные, при которых материал образца из-за его тонкостенности испытывает чистый сдвиг, возбуждаются одним электромагнитным возбудителем /. Для возбуждения колебаний на свободном конце образца крепят якорь 2. На якоре смонтирован емкостной датчик 3.

Процесс образования новых поверхностей в новом теле под нагрузкой связывают с явлением разрушения. Если тело изолировано от внешней среды, разрушение происходит без потери массы. В противном случае разрушение сопровождается с той или иной степенью потери массы в зависимости от активности внешней среды. В некоторых случаях для возникновения разрушения необязательно приложение внешней нагрузки, например, при коррозионном воздействии, хотя в ряде случаев существенно ускоряет его. Разрушение рассматривается не как элементарный акт, а как процесс постепенного образования новых поверхностей в микро- и макромасштабах. В связи с этим механизм разрушения изучают в двух аспектах: физика разрушения, базирующаяся на атомных , дислокационных и других моделях и механика разрушения, в основу которой положены модели и реальные конструкции с макроскопическими дефектами (трещинами). В процессе нагружения твердого тела совершается работа и в материале возникают силы сопротивления деформированию, оцениваемые компонентами тензора напряжений и деформаций. В определенный момент времени какой-либо механический фактор Q (движущая сила разрушения) достигает некоторого критического значения R (рис.2.7), после чего конструкция переходит в новое состояние (текучесть, разрушение, изменение первоначаль-

Поскольку в поликристаллическом естественном материале возникают неконтролируемые изменения электрических свойств, то часто выращивают искусственные монокристаллы полупроводниковых материалов. При выращивании монокристаллов в расплав Si опускают

Возрастание прочности, наблюдаемое при повышении уровня перегрузок до известного предела, можно объяснить прогрессивным увеличением • числа микрообъемов, подвергающихся пластической деформации, и увеличением интенсивности дисперсионного, упрочнения. На определенной стадии процесс упрочнения прекращается. Это наступает при таком уровне и частоте перемен напряжения, когда в материале возникают необратимые внутри- и межкристаллитные повреждения, нарушающие сплошность материала.

После разрушения на поверхности излома детали обнаруживаются обычно две ярко выраженные зоны (рис. 2.107). В зоне / кристаллы не различаются невооруженным глазом, поверхность сглажена. В зоне 2 явно выступают признаки хрупкого разрушения. Кристаллы имеют острую огранку и блестящую поверхность. Причину такого разрушения, которое принято называть усталостным, объясняют следующим. При работе детали в условиях переменных напряжений в материале возникают микротрещины, которые постепенно проникают вглубь. По мере развития трещины поперечное сечение ослабляется и в некоторый момент происходит мгновенное разрушение детали.

Неустойчивость продольно сжатых стержней может возникнуть еще задолго до того, как напряжение в стержне достигнет предела упругости. Стержень легко выдерживал бы ту же самую нагрузку, если бы она вызывала не сжатие, а растяжение стержня. Поэтому, например, толкающие рычаги в машинах приходится делать большего сечения, чем тянущие. Это относится п к другим конструкциям, в которых возникают деформации сжатия. Сосуды, которые должны выдерживать давление снаружи (при этом в материале возникает сжатие), должны иметь более прочную конструкцию, чем сосуды, которые то же давление должны выдерживать изнутри (в материале возникают растяжения). Это приходится учитывать, например, при конструировании подводных лодок.

Опыт показывает, что при переменных напряжениях после некоторого числа циклов может наступить разрушение детали, в то время как значения этих напряжений значительно ниже предельных. Причину такого разрушения, которое принято называть усталостным, объясняют следующим. При работе детали в условиях переменных напряжений в материале возникают микротрещины, которые постепенно проникают вглубь. По мере развития трещины поперечное сечение ослабляется, и в некоторый момент происходит

После перегрузки в материале возникают объемные остаточные напряжения вдоль всего фронта трещины. Одна из компонент этих напряжений действует в поперечном направлении по отношению к плоскости пластины и ориентирована вдоль фронта трещины. Она обеспечивает нагруже-ние материала вдоль фронта трещины по типу Кт. После перегрузки величина этой компоненты возрастает в результате локальной пластической деформации в перемычках между мезотуннелями, в том числе и на макроуровне — в пределах скоса от пластической деформации (рис. 8.19). При отсутствии вертикального перемещения (раскрытие)

Первое требование необходимо выполнить потому, что, как упоминалось, пластичность при /шах обычно ниже, чем при &nin (хотя и выше, чем при температуре интенсивного деформационного старения), и оценка долговечности будет в этом случае идти «в запас». Кроме того, основные повреждения в материале возникают при температуре tmajL; а если натружение производят с выдержками, то сопротивление материала циклической ползучести прямо связано с ресурсом пластичности материала при

В работе [13] показано, что в общем случае натружения, когда в материале возникают все'виды неупругих деформаций — мгновенные пластические в каждом цикле, деформации ползучести в цикле, накопленные 'Пластические деформации за N циклов и накопленные деформации ползучести за это же время, сум^ марное повреждение П следует определять как сумму относительных долей повреждений, вызываемых каждым из перечисленных выше видов деформаций:

Поведение композита, армированного непрерывными волокнами, отличается от поведения материала, армированного дискретными волокнами. Наиболее часто армирование осуществляется непрерывными волокнами. Положим, что на композит с непрерывными волокнами в направлении волокна действует растягивающая нагрузка и до разрушения в материале возникают одинаковые деформации. Воспользуемся следующими обозначениями: efu — деформация при разрушении волокна; кти — деформация при разрушении матрицы; 8С — средняя деформация композита.

В материале возникают сильные внутренние напряжения, вследствие чего он растрескивается; иногда растрескивание происходит через 2—б час. после резки.