Механизмов диссипации

Ползучесть — весьма сложное явление, которое не удается описать на основе единых физических представлений. В зависимости от температурно-силовых условий испытаний реализуются те или иные механизмы деформирования. Точность прогнозирования характеристик жаропрочности в значительной степени зависит от того, ведется ли оно в области действия одних и тех же механизмов деформирования или происходит Переход в область другой группы механизмов. В последнее время появились работы, в которых на основании анализа кинетических особенностей ползучести при различных температурно-силовых условиях предложены карты механизмов ползучести некоторых чистых металлов и сталей [1,2]. Построение таких картограмм имеет большое теоретическое и практическое значение для диагностики и прогнозирования жаропрочных свойств металла. В [3,4] представлены карты механизмов ползучести и разрушения для стали 12Х1МФ, широко применяемой в теплоэнергетике.

Время релаксации может быть определено по кривой затухания упругого предвестника. При феноменологическом подходе, отвлекаясь от конкретных физических механизмов деформирования [313, 317], затухание упругого предвестника для постоянного коэффициента вязкости можно определить экспоненциальной зависимостью (см. параграф 2 четвертой главы)

РАЗЛИЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ДЛИТЕЛЬНОГО РАЗРУШЕНИЯ

1.5. Взаимодействие различных механизмов деформирования и длительного разрушения........... 30

- — 1А.61}-ег Дислокационный механизм Внутризеренное разрушение /1А.6г;е, Сочетание механизмов деформирования Спешенное разрушение ША.63;е Преобладает дафази-зионный механизм Лреинущеалбенно межзеренное разрушени

В ряде случаев при эксплуатации тонкостенных конструкций из композиционных материалов (КМ) возможны большие перемещения, которые требуют учета в расчетах геометрической нелинейности. Также возможны структурные изменения отдельных слоев, связанные с трещинообразованием от сдвиговых напряжений и напряжений поперек армирования. Как указывалось ранее в гл. 2, проведение многочисленных испытаний образцов и опыт эксплуатации многослойных конструкций из КМ показывают, что исчерпание несущей способности рационально спроектированных конструкций наступает гораздо позже первых этапов структурного изменения. Образова-^ние первых трещин в многослойном композите приводит к перераспределению напряжений в слоях и обусловливает его физическую нелинейность. По этой причине уточненные поверочные расчеты следует проводить с учетом более детального рассмотрения внутренних механизмов деформирования.

Типовая схема определения доминирующих механизмов деформирования и исключения повреждений конструктивных элементов в эксплуатационных условиях и определение материальных параметров уравнений, моделирующих эти механизмы, представлены на схеме (с. 385).

Схема определения доминирующих механизмов деформирования и исключения повреждений

Благодаря развитию теории дислокаций достигнуты заметные успехи в объяснении механизмов деформирования и разрушения технических материалов на атомистическом уровне. Однако эта теория не дает в распоряжение инженеров средств, позволяющих производить количественные оценки критических условий нагру-жения, размеров и форм конструкции, а также свойств материалов. В связи с этим наряду с проведением исследований на микроскопическом уровне по построению и развитию теории дислокаций проводились исследования на макроскопическом уровне с целью создания моделей разрушения элементов машин и конструкций, т. е. в области, известной ныне под названием механики разрушения. Начиная с появления работ Гриффитса, Орована и Ирвина, исследования в области механики разрушения в значительной степени были стимулированы разрушениями 1289 (из них 233 случая

В ряде случаев при эксплуатации тонкостенных конструкций из композиционных материалов (КМ) возможны большие перемещения, которые требуют учета в расчетах геометрической нелинейности. Также возможны структурные изменения отдельных слоев, связанные с трещинообразованием от сдвиговых напряжений и напряжений поперек армирования. Как указывалось ранее в гл. 2, проведение многочисленных испытаний образцов и опыт эксплуатации многослойных конструкций из КМ показывают, что исчерпание несущей способности рационально спроектированных конструкций наступает гораздо позже первых этапов структурного изменения. Образова-^ние первых трещин в многослойном композите приводит к перераспределению напряжений в слоях и обусловливает его физическую нелинейность. По этой причине уточненные поверочные расчеты следует проводить с учетом более детального рассмотрения внутренних механизмов деформирования.

Распространение трещин в полимерных материалах описывается чаще всего достаточно простыми моделями движения трещины в вязкоупругих средах. Как ни парадоксально, по эта простота объясняется сложностью и малоизученпостью механизмов деформирования и разрушения полимеров в зоне высокой концентрации напряжений вблизи вершины макротрещипы.

(подсистемах) управляет самоорганизацией диссипативных структур. Реализующийся при этом спектр механизмов диссипации энергии определяется спектром параметров порядка, выступающих в роли параметров, контролирующих неравновесные необратимые фазовые переходы.

Базовая параметрическая диаграмма служит основой для построения диаграммы механического состояния материала при статическом и циклическом видах нагружения с установлением экстремальных долговечностей [36]. Однако, это требует определения границ реализации механизмов диссипации энергии при данных значениях напряжения и параметра р.

энергии. Поэтому и существует в реальности иерархия механизмов диссипации энергии.

Рисунок 4.34 - Последовательность контролирующих механизмов диссипации энергии при ползучести

4.7.3. Карта механизмов диссипации энергии.

возможно построение карты механизмов диссипации энергии (рисунок 4.36). Она же является одновременно характеристической диаграммой механического состояния. По своей сути - это дальнейшее ее развитие базовой параметрической диаграммы Геминова.

4.7.3. Карта механизмов диссипации энергии.............................................. 319

Создание неравновесных условий в микродуговом режиме обеспечивается постоянным подводом энергии (разность электрического потенциала) и вещества (анионы электролита) и регулируется управляющими параметрами: прикладываемой плотностью тока dj и соотношением катодного и анодного токов Ijt/Ia. Последние выступают в данном случае в роли обратной связи, реализация которой при микродуговом оксидировании приводит к проявлению некоторой иерархической последовательности механизмов диссипации энергии, а именно: формирование макроструктуры покрытия, структурные изменения в слоях на микроуровне, неравновесные фазовые переходы. Учет этой иерархии имеет принципиальное значение для разработки технологических режимов получения покрытий со структурой, отвечающей заданным свойствам. Для решения этой проблемы очевидна необходимость привлечения принципов синергетики науки, объединяющей единой методологией и единым математическим аппаратом как различные науки, так и научные направления.

(подсистемах) управляет самоорганизацией диссипативных структур. Реализующийся при этом спектр механизмов диссипации энергии определяется спектром параметров порядка, выступающих в роли параметров, контролирующих неравновесные необратимые фазовые переходы.

Изучение структурных и энергетических закономерностей пластической деформации в приповерхностных слоях материалов в сравнении с их внутренними объемными слоями имеет важное значение для развития теории и практики процессов трения, износа и схватывания. При этом следует отметить, что. поверхностные слои кристаллических материалов имеют, как правило, свои специфические закономерности пластической деформации. Так, например, в работе [1] при нагружении монокристаллов кремния через пластичную деформируемую среду силами контактного трения было найдено, что в тонких приповерхностных слоях на глубине от сотых и десятых долей микрона до нескольких микрон величины критического напряжения сдвигай энергии активации движения дислокаций значительно меньше, чем аналогичные характеристики в объеме кристалла. Было также показано [2], что при одинаковом уровне внешне приложенных напряжений по поперечному сечению кристалла в радиусе действия дислокационных сил изображения эффективное напряжение сдвига значительно выше, чем внутри кристалла. Поэтому поверхностные источники генерируют значительно большее количество дислокационных петель и на большее-расстояние от источника по сравнению с объемными источниками аналогичной конфигурации и геометрии при одинаковом уровне внешних напряжений. Высказывалось также предположение, что облегченные условия пластического течения в приповерхностных слоях обусловлены не только большим количеством легкодействующих гомогенных и различного рода гетерогенных источников сдвига [3], но и различной скоростью движения дислокаций у поверхности и внутри кристалла [2]. Аномальное пластическое течение поверхностных слоев материала на начальной стадии деформации может быть обусловлено действием и ряда других факторов, например: а) действием дислокационных сил изображения [4, 5]; б) различием в проявлении механизмов диссипации энергии на дислокациях, движущихся в объеме кристалла и у его поверхности; причем в общем случае это различие, по-видимому, может проявляться на всех семи фононных ветвях диссипации энергии (эффект фононного ветра, термоупругая диссипация, фонон-ная вязкость, радиационное трение и т. д.) [6], а также на электронной [7] ветви рассеяния вводимой в кристалл энергии; в) особенностями атомно-электронной структуры поверхностных слоев и их отличием от объема кристалла, которые могут проявляться во влиянии поверхностного пространственного заряда и дебаевского радиуса экранирования на вели-

В настоящей монографии рассмотрены принципы синергетики (гл. 1) и дан обзор исследований фрактальных структур (гл. 2). На основе этого пластическая деформация металлов и сплавов анализируется с позиций механизмов диссипации энергии (гл. 3), при этом деформируемое тело рассматривается как система, находящаяся далеко от термодинамического равновесия (эти представления впервые были введены И.И. Новиковым). Предложена методология определения инвариантных комплексов механических свойств, связанных с диссипативными свойствами материалов в точках бифуркаций (гл. 4).