Диссертация (1150590), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Отметим, что физическая интерпретацияструктурного параметра связывалась с различной геометрией среды: либомежатомным расстоянием, либо с размером зерна для поликристаллическойсреды [45]. Появление критерия минимального времени Шоки-Кальткоффа [54]дало понимание о существовании независимого временного параметра как19свойстваматериала,связанногосподготовительнымипроцессами,протекающими до момента макроразрушения. Таким образом, критерий ШокиКальткоффа учитывал эффект “задержки разрушения” и допускал, в отличие отклассических концепций прочности (1.1), что отсутствие разрушения придостижении максимального напряжения может привести к разрыву при меньшихнапряжениях. Процесс разрушения с влиянием временного параметра сталтрактоваться не как мгновенный, а как интегральный, задающийся на некоторомструктурно-временном диапазоне.Представим несколько интегральных критериев текучести и прочности,разработанные только для оценки поведения материала при динамическихвоздействиях:1) Критерий текучести Кэмпбелла [55]:t1  (t )  dt  C0 0(1.2)где t1 – начальное время текучести;  (t ) – прикладываемые напряжения; 0 – предел текучести при температуре 0 K;   nkT 1 – безразмернаяконстанта; C , n – константы, k – константа Больцмана и Т – абсолютнаятемпература.2) Критерий Тулера-Бутчера [56]:tf  0   (t )dt  C(1.3)0где t f – время разрушения;  0 – пороговое напряжение при статическомвоздействии;  (t ) – растягивающие напряжения, рассматриваемые какотрицательные в расчетах о распространении волн;  , C – константы,3) Импульсный критерий Никифоровского-Шемякина [57]:t*  (s)ds  J c ,(1.4)020где t* – время разрушения; J c – эмпирически определяемый предельныйимпульс.Преимуществом подходов (1.2)-(1.4) является рассмотрение в качествеоценки момента разрушения (текучести) достижение предельного значениялокального силового импульса.

Разработанные критерии (1.2)-(1.4) для короткихимпульсов качественно учитывали увеличение критического напряжения прискорости нагрузки на материал, но не имели способность переходить кклассическим критериям минимального критического напряжения (1.1).Проблемаинтерпретацииповедениякритическихнапряженийподдействием медленных (критерий минимального напряжения) и быстрых(импульсный критерий) нагрузок связывается с трудностью описания условийперехода между ними.

Таким образом, необходимо получить критерий,объединяющий два типа поведения критического напряжения в одном условии.Используя подход Работнова [58], импульсные критерии (1.2)-(1.4) можнозаписать с добавлением релаксационного ядра с физическим смыслом затуханияпамяти:t  (s) K (t  s)ds   c .(1.5)0Как показано ниже, при условии затухания в некоторый фиксированный период, вдальнейшем определяемый как инкубационное время, и замена K (t ) на кусочногладкую функцию дает критерий инкубационного времени [45], который примедленных воздействиях сводится к классическому критерию (1.1), а прикратковременных импульсах прогнозирует нестабильное поведение критическихнапряжений.211.2.

Структурно-временной критерий на основе общего механизмаинкубационного времениВведение фундаментального “импульсного” критерия Петровым Ю.В.,Морозовым Н.Ф. Уткиным А.А. [59–64] сделало возможным рассматриватьпроцесс разрушения на пространственно-временном масштабе. Стоит отметить,что характерный структурный линейный размер среды не только описывалпространственную шкалу, но и определял один из параметров временной шкалы.Физическая интерпретация процесса разрушения под действием ударноволновых нагрузок на основе квантовых аналогий [9] позволила внедритьинкубационное время, описывающее динамические особенности поведенияматериала при хрупком разрушении.

В рамках подхода [9] параметр структурырассматривался без определенного физического смысла как элементарная ячейкаразрушения,связаннаямасштабномуровне.схарактеристикойОпределениепроцессанафиксированномпространственно-временнойячейкиразрушения на основе двух независимых параметров позволило сформулировать:1)структурно-временноймакроскопическийподходкритерийдляхрупкогоразрушениятекучестиметаллов[12];3)[10,11];2)кинетическуюинтерпретацию инкубационных процессов [13].В общей форме структурно-временной подход [9,10,65] изначально былсформулирован для хрупких процессов разрушения:1tt d1dt '  (t ' , a )da   0d(1.6)0где  – инкубационное время,  (t ' , x) – растягивающее напряжение вблизивершины трещины ( a  0 ),  0 – прочность бездефектного образца при хрупкомразрушениивусловияхстатическоговоздействия,d–параметр,характеризующий соотношение прочностных свойств материала на заданноммасштабном уровне [66,67].

Согласно подходу (1.6), дискретность процесса22разрушения связана с поэтапным расходом энергии (импульса) [9,66], но не сгеометрией модели (разрыв связи в решетке соотноситься с локальнымкритическим напряжением), что позволяет описывать динамические процессы.Параметры критерия (1.6)  0 , d являются самостоятельными и измеряемымихарактеристиками процесса разрушения [66]. При этом разрушение в рамкахпредлагаемогоподходаописывалоськакмногостадийныйпроцесс,характеризующийся парой независимых параметров (d , ) , устанавливающейпространственно-временной объем разрушения. Для «бездефектных» материаловв случае откольного разрушения при динамическом воздействии в рядеэкспериментов [10,68,69] было установлено соотношение   d / c , где c –максимальная скорость упругих волн.Критерий хрупкого разрушенияРассмотрим критерий инкубационного времени (1.6) для бездефектныхматериалов в обобщенной форме, применяемый для описания динамическихэффектов [9,10,65,70,71,72] хрупкого разрушения:t  E ( s)  ds  1 , frc t  fr 1(1.7)где  fr – инкубационное время, связанное с периодом подготовки материала кразрушению и характеризующее скоростную чувствительность материала;  E (t )– некоторая временная зависимость роста среднего напряжения в образце;  c –статическийпределлокальногосиловогополя;–характеризуетчувствительность материала к уровню интенсивности (амплитуде) силового поля,приводящего к разрушению.

Условие   1 выполняется для твердых тел. Случай  1 имеет физическое обоснование, как будет показано ниже. Следует отметить,что инкубационное время является свойством материала, не связанным сгеометрией испытуемого образца, способа применяемой нагрузки и характеризуетпроцесс разрушения на данном масштабном уровне.

Случаи растяжения и сжатия23рассматриваются как две независимые формулировки критерия (1.7) с разнымихарактеристиками разрушения. Другими словами  c , fr описывают статическийпредел и инкубационное время в зависимости от рассматриваемого процесса (присжатии или растяжении).Инкубационное время как время релаксацииРассмотримфизическуюинтерпретациюинкубационноговремениразрушения. Известно, что локальное силовое поле при разрушении материала(образца) мгновенно уменьшается до 0 прямо после достижения критическогозначения  c при классической теории прочности. Процесс разрушения на макроуровне в рамках кинетики на микро-уровне рассматривается как временной,описывающий переход от условно бездефектного состояния к полностьюразрушенному состоянию.

Макро-параметр процесса разрушения определяетсяинкубационным временем, связанным с процессом роста микродефектов вструктуре материала, который приводит к необратимой деформации.В работах [45,65,66] был установлен физический смысл инкубационноговремени на основе релаксационных процессов. Динамическое микроразрушениеможно описать на основе реологической модели Кельвина-Фойгта, в соответствиис [73,74]: E (t )  K (t )  d,dt(1.8)где (t ) – относительное изменение объема, вызванное деформированием иразвитием микроповреждений в данной точке, K – константа материала,  –коэффициент вязкости.( s ) 1t K E exp  t  s  ds. (1.9)0Предполагая равносильность замены экспоненциального затухания на кусочнопостоянную функцию:24 K  K /  , 0  t  K /  ;exp  t       0, t  K /  .K(1.10)и сделав замену  fr   / K , мы получим критерия (1.7) при   1 :1 frt  E (s)ds   c(1.11)t  frПри медленном деформировании и малых значениях вязкости  , критерий(1.11) переходит в классический критерий прочности материала, деформируемоголинейно-упруго:K (t )   c(1.12)Напротив, при динамических воздействиях важный вклад дает слагаемое (d/dt) , содержащее параметр вязкости  .

Характеристики

Список файлов диссертации