Поведения металлических

27. Иванова В. С., Кузеев И. Р., Закирничная М. М. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов.- Уфа: Изд-во УГНГУ, 1998.- 363 с.: ил.-Библиогр.: с. (47 назв.)

ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Иванова B.C., Кузеев И.Р., Закирничная М.М. Синергетика и фракталы. Универсальности механического поведения материалов.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 1998.- 363 с.- ISBN 5-7831-0190-7.

Рассмотрены обладающие свойством универсальности принципы макротермодинамики, синергетики и фрактальной физики. На базе этих принципов развита междисциплинарная методология анализа механического поведения материалов в критических точках, позволившая установить универсальные связи параметров, контролирующих эти точки, с фрактальной размерностью структуры среды вблизи неравновесных фазовых переходов.

Капица С.П. и др. [1] в увлекательно написанной книге «Синергетика и прогнозы будущего» отметил, что на пути междисциплинарного подхода «могут возникнуть неожиданные обобщения и новое видение решаемых проблем». Такое новое видение проблемы механического поведения материалов с позиции макротермодинамики, синергетики и фрактальной физики и предлагается читателю.

ФРАКТАЛЬНО - СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

В настоящей главе изложены синергетическая методология анализа механического поведения материалов, учитывающая универсальность и масштабную инвариантность параметров, контролирующих неравновесные фазовые переходы. Междисциплинарный подход к решению проблемы установления фундаментальных свойств материала, позволил установить взаимосвязь между различными механическими свойствами и предложить алгоритм расчета механических свойств по данным модельных испытаний. Лауреат Нобелевской премии И. Пригожий предвидел это, написав: «Итак, оказывается, что столь важные и широко распространенные механические явления, как пластичность и текучесть, невозможно исследовать на чисто механической основе! Вместо этого их следует рассматривать как часть общей проблематики нелинейных динамических систем, работающих вдали от равновесия. Нам представляется, что уже само осознание этого обстоятельства есть существенное продвижение в области науки о материалах».

Кинетическая теория С.Н. Журкова открыла, как будет показано в разделе 4.8, возможности прогнозирования механического поведения материалов при ползучести большой длительности по данным кратковременных испытаний на активное растяжение при заданной служебной температуре.

Дальнейшее решение проблем материаловедения и, в частности, проблемы механического поведения материалов, будет зависеть от скорости распространения синергетического мышления, так как развитие знания - это нелинейный процесс [46], как отметил С.П. Капица и др. [47]: «Принципиальным становится вопрос, что и как быстро люди готовы понять и принять, как изменяется их восприятие мира и себя, какие смыслы и ценности можно и нужно сохранить, а от чего придется отказаться. Одним словом, все эти проблемы следует отнести к междисциплинарным».

Глава 4. Фрактально-синергетическая концепция механического поведения материалов..................................................................... 229

ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

Фундаментальной особенностью поведения металлических материалов, подвергающихся разрушению, является непременное наличие перед разрушением микро - или макродеформации. В зависимости от структурного состояния, вида нагружения и асимметрии цикла предел выносливости ОЦК - металлов и сплавов может быть по своему значению выше и ниже физического предела текучести. В том случае, когда он ниже физического предела текуче-

Кроме кривых циклического упрочнения (разупрочнения), для оценки поведения металлических материалов в условиях циклического нагружения строят также кривые циклического деформирования (рис. 15) в координатах циклическое напряжение - деформация, причем берут значения циклической деформации при достижении стабилизации (насыщения) параметров петли гистерезиса. При монотонном циклическом упрочнении материала в случае испытания с контролируемым напряжением в многоцикловой области

Сложность прогнозирования поведения металлических материалов при циклическом нагружении связана с тем, что оно зависит от многих факторов:

Особое место среди указанных параметров занимает предел упругости (Ту, который, как следует из схемы на рис. 3.33, является исходной точкой процесса деформационного упрочнения, т* е. фактически пороговым напряжением начала макродеформации. Очевидно, что в этой интерпретации величина а у является одной из наи-более физически обоснованных прочностных характеристик среди тех, которые определяются в механических испытаниях и используются для описания механического поведения металлических материалов. Истинность величины (Ту подтверждается в ряде случаев (при отсутствии начальных стадий) возможностью определения этой величины непосредственно из перестроенных в координатах S — еч* кривых нагружения (рис. 3.18, а и б). С другой стороны, предлагаемый способ нахождения сту при наличии начальной и линейной стадий путем экстраполяции первого параболического участка на нулевую деформацию обоснован экспериментальными данными работы [356] (рис. 3.34, а). На примере кривых нагружения низкоуглеродистой стали показано [356], что можно полностью устранить зуб и площадку текучести и восстановить таким образом практически всю параболическую кривую от момента начала пластического течения (рис. 3.34, б). Достигается это за счет создания тонкого деформированного слоя на поверхности образца при предварительных циклических изгибных нагру-жениях с амплитудой порядка предела текучести (так называемый способ определения базисной кривой нагружения [356]).

При изучении поведения металлических материалов в области низких температур охлаждение исследуемых образцов в большинстве применяемых до настоящего времени низкотемпературных металлографических установок производится либо путем контакта одной из поверхностей образца с теплоотводящим элементом, либо путем обдува образца потоком газообразного хладоагента или прокачкой сжиженного газа между поверхностью образца и смотровым стеклом [1, 2].

Деформирование образцов осуществляется по схеме, приближенной к чистому изгибу, с частотами нагружения 3 или 3000 циклов в минуту при максимальной амплитуде деформации, обеспечиваемой при малоцикловом нагружении перемещением подвижного захвата на 15 мм от его нейтрального положения и при многоцикловом нагружении — на 6 мм. При этом могут быть исследованы микроструктурные особенности поведения металлических материалов в условиях испытания на малоцикловую усталость,, а также при изучении усталостной прочности на базе 10е циклов и более.

Для прогнозирования коррозионного поведения металлических конструкций необходим комплексный анализ внутренних и внешних факторов, характеризующих скорость коррозии оп-реленного металла в эксплуатационной среде.

Выше в связи с рассмотрением поведения металлических тел при одноосном напряженном состоянии и нормальных /температуре и давлении было указано, что деформация материала перестает быть обратимой, если напряжения достигают значений, больших предела упругости сгт 2). В этом можно убедиться, если

щих на металлических анодах при различных потенциалах и при разной концентрации раствора. Кроме того, такая диаграмма, очевидно, будет видоизменяться в зависимости от рН-растворов, природы анионов, способности металла образовывать не один, а несколько различных окислов, обладающих пассивирующими свойствами. Иными словами, информация, которую содержит в себе каждая такая диаграмма, по необходимости является ограниченной. Несмотря на это, польза подобных диаграмм не подлежит сомнению хотя бы потому, что на этой основе очень удобно классифицировать различные виды поведения металлических анодов. К этому вопросу мы и перейдем, начав с рассмотрения кинетики и механизма растворения металлов в активном состоянии, но в отличие от предыдущего обсуждения этой проблемы — с учетом анионного состава электролита.

На рис. 11-28 приведена общая схема установки для коррозионных и электрохимических исследований поведения металлических

Для характеристики поведения металлических электродов в воде строят зависимости потенциала электрода от значения рН среды (диаграмма Пурбе). Для построения диаграммы Пурбе необходимо располагать достовер-

Для прогнозирования коррозионного поведения металлических конструкций необходим комплексный анализ внутренних и внешних факторов, характеризующих скорость коррозии оп-реленного металла в эксплуатационной среде.