Несовершенства кристаллической

В. П. Кирпичев [70] объясняет усталостное разрушение с точки зрения поликристаллической неоднородности строения металла. Конструкционные стали и другие сплавы представляют собой мелкокристаллический конгломерат, кристаллиты которого имеют случайную ориентировку. В зависимости от ориентировки кристаллографических осей кристаллиты имеют различные упругие свойства и различную прочность в различных направлениях, т. е. обладают анизотропией. При приложении внешних нагрузок возникают пластические деформации отдельных кристаллитов даже при небольшом числе циклов. Неоднородная пластическая деформация проявляется в несовершенной упругости, следствием которой является гистерезис и необратимые потери энергии. Пластические деформации отдельных кристаллитов и их групп вызывают перераспределение напряжений как от внешних, так и от остаточных напряжений при последующих нагружениях.

Для описания кривой усталости и условий усталостного разрушения в связи с асимметрией цикла и при плоском напряженном состоянии были привлечены, с одной стороны, характеристики несовершенной упругости в виде ширины петли гистерезиса, с другой — статистические представления об усталостном разрушении в связи с вероятностными представлениями о действительной напряженности поликристалла. Развитие статистического аспекта усталостных процессов дало возможность охарактеризовать влияние структурной неоднородности на условия подобия и заменить условные понятия чувствительности к концентрации напряжений зависимостью максимальных разрушающих напряжений в зонах концентрации от дисперсии усталостных свойств и неоднородности напряженного состояния.

Обширный комплекс -исследований по несовершенной упругости, механическим закономерностям циклического упругопластического деформирования и разрушения явился основой для перехода к построению кривых усталости на стадии образования трещин при числах циклов Л^ в диапазоне 1-;-(10в-т-107)в амплитудах деформаций (пластических еар и упругих еае):

Рассматриваются следующие нелинейные функции: гипотеза о независимости величины силы трения от скорости, трение при несовершенной упругости, трение при несовершенной упругости с ускорением. Названные зависимости получены в разное время и отражают определенные концепции как на физическую природу внешнего трения, так и на методы экспериментальных исследований силы внешнего трения.

Еще в работах Н. П. Петрова, П. Пэн-леве показано, что так называемый куло-новский закон во многих случаях приводит к логическим противоречиям с принципами механики и не подтверждается даже с грубой степенью точности [4, 5]. Трение при несовершенной упругости (рис. 3). В 1939 г. было высказано мнение [6], что сила трения твердых тел обусловлена реологическими свойствами последних. В дальнейшем это положение получило развитие в работах отечественных и зарубежных ученых [19]. К наиболее интересным исследованиям в этом направлении относятся работы А. Ю. Иншинского и И. В. Крагельского [7], В. С. Щедрова [8], Д. М. Толстого [9], Барвела и Рабиновича [10]. С помощью уравнения вязко-упругой среды Максвелла—Ишлинского получила теоретическое объяснение обобщенная экспериментальная зависимость силы внешнего трения от постоянной скорости [11] (рис. 3). При получении названной зависимости в процессе эксперимента величина скорости изменялась ступенчато а производился замер силы трения на каждой ступени в исследуемом диапазоне статическим методом.

Трение при несовершенной упругости в условиях знакопеременного скольжения. Существует большое число узлов трения машин, в которых фрикционные элементы работают в условиях знакопеременного скольжения (демпферы, шарниры, направляющие и т. п.). Здесь имеет место бесступенчатое изменение скорости по величине и знаку.

Характеристику трения при несовершенной упругости целесообразнее всего получить с помощью нелинейных блоков, входящих в комплект машины, причем кривые, соответствующие положительным и отрицательным значениям относительной скорости if = ф — фх, набираются каждая на своем функциональном блоке. Эти блоки допускают аппроксимацию кривой одиннадцатью прямолинейными отрезками, что в данном случае обеспечивает необходимую точность приближения. Выходы обоих нелинейных блоков (рис. 6, б) подаются на контакты поляризованного реле, якорь которого соединяется с соответствующим входом сумматора.

Реализация зависимости трения при несовершенной упругости в условиях знакопеременного скольжения (см. рис. 4) на АВМ вызывает некоторые затруднения ввиду ограниченности состава логических элементов машины. Вместе с тем аппроксимация эллиптической нелинейной зависимости кусочно-линейной если и не дает полного количественного соответствия, то во всяком случае позволяет получить достаточно достоверную качественную картину процесса, протекающего в системе, описываемой уравнением (1). Получение на АВМ такой петли достигается с помощью сравнительно простой структурной схемы (рис. 6, в), составленной из стандартных блоков и элементов самой машины без каких-либо переделок.

Трение при несовершенной упругости

Трение при несовершенной упругости в условиях знакопеременного скольжения

За последние годы на кафедре был выполнен большой цикл теоретических и экспериментальных работ в области колебаний механических систем с учетом несовершенной упругости материала упругих элементов, как фактора, влияющего на динамическую напряженность элементов конструкций. Разработанная при этом теория расчета указанного класса задач в нелинейной постановке явилась заметным вкладом в теорию колебаний реальных механических систем.

" Точечные несовершенства кристаллической решетки появляются как результат присутствия атомов примесей, которые, как правило, имеются даже в самом чистом металле.

1. Своеобразная трактовка разрезов-трещин как нетривиальных форм равновесия упругих тел с физически нелинейными характеристиками, предложенная В. В. Новожиловым [195, 196], помогает понять возможную причину образования щелевидных областей или пустот. Известно, что при увеличении расстояния между атомами твердого тела межатомное усилие возрастает до максимума, а затем падает. Равновесие атомов, взаимодействующих по закону нисходящей ветви этой кривой, неустойчиво. Атомный слой, находящийся между двумя другими фиксированными слоями, имеет одно положение неустойчивого и два положения устойчивого равновесия. Поэтому различные причины (тепловые флуктуации, местные несовершенства кристаллической решетки, растягивающие напряжения от внешней нагрузки) создают условия для преодоления потенциального барьера при переходе (через максимум силового взаимодействия) от устойчивого состояния равновесия к неустойчивому. Видимое проявление неустойчивости сводится к перескоку атомного слоя (точнее, его части) в новое положение, что характерно для явления, носящего название устойчивости «в большом».

ции), азотом и бором. Несовершенства кристаллической решетки облегчают чужеродным атомам путешествие внутри нее. При небольших размерах этих атомов они свободно перемещаются в междоузлиях. Обработку углеродом, азотом и бором начинают после механической деформации, когда диффузия чужеродных атомов значительно облегчается несовершенствами решетки.

НЕСОВЕРШЕНСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ

Несовершенства кристаллической решетки............ 11

них примесей и степень несовершенства кристаллической решетки,

4) мелкозернистостью, обусловливающей изменение направления плоскостей скольжения от зерна к зерну, что затрудняет образование сплошных плоскостей скольжения; дополнительным упрочняющим фактором у мелкозернистого металла является наличие многочисленных границчзерен, где несовершенства кристаллической решетки и примеси также препятствуют скольжениям;

В образцах серий Б и В в процессе субкритического отжига графит выделяется в закалочных микротрещинах, и напряжения вокруг первичных глобулей графита отсутствуют. Поэтому независимо от условий нагрева аустенит преимущественно зарождается вдали от глобулей графита, на границах зерен и субзерен, в большей степени насыщенных дефектами кристаллического строения. С этой точки зрения объяснимо и более активное зарождение т-фазы на поверхностях раздела мелких графитных включений в состояниях Б и В при быстром нагреве по сравнению с медленным. Для таких состояний микронапряжения, связанные с выделением графита при субкритическом отжиге, локализуются именно вокруг этих выделений и при быстром нагреве, не успев релаксировать, инициируют а -* 7-превраще-ния. Таким образом, в чугунах, как и в сталях, решающим фактором, оказывающим влияние на процесс аустенитообразования, является степень несовершенства кристаллической структуры, и этот фактор может превалировать над обогащением ферритной матрицы углеродом и микроперераспределением кремния.

1. Своеобразная трактовка разрезов-трещин как нетривиальных форм равновесия упругих тел с физически нелинейными характеристиками, предложенная В. В. Новожиловым [195, 196], помогает понять возможную причину образования щелевидных областей или пустот. Известно, что при увеличении расстояния между атомами твердого тела межатомное усилие возрастает до максимума, а затем падает. Равновесие атомов, взаимодействующих по закону нисходящей ветви этой кривой, неустойчиво. Атомный слой, находящийся между двумя другими фиксированными слоями, имеет одно положение неустойчивого и два положения устойчивого равновесия. Поэтому различные причины (тепловые флуктуации, местные несовершенства кристаллической решетки, растягивающие напряжения от внешней нагрузки) создают условия для преодоления потенциального барьера при переходе (через максимум силового взаимодействия) от устойчивого состояния равновесия к неустойчивому. Видимое проявление неустойчивости сводится к перескоку атомного слоя (точнее, его части) в новое положение, что характерно для явления, носящего название устойчивости «в большом».

Первый путь заключается в устранении несовершенства кристаллической решетки и приближении ее строения к идеальному, второй — противоположный первому — состоит в увеличении количества структурных дефектов, пересечении дис-

мере увеличения степени несовершенства кристаллической решетки, в результате которого градиенты поля соседних узлов решетки различны. Изучение кристаллов показало, что наличие крутильных колебаний вызывает, во-первых, появление дополнительных градиентов