- Details
- Written by Штырев Н.А.
- Parent Category: Categories RU
- Category: Articles
- Published: 14 December 2015
- Hits: 1665
Зависимости показаны на примере модели однокомпонентной однородной мелкодисперсной гетерогенной однофазной (трехмерная фаза) твердой деформированной физической среды.
\(N_{A}\)- моль, количество квазичастиц энергии кинетического тепломеханического движения элементарных составляющих твердого тела, равное числу Авогадро. Количество элементарных идеализированных порций энергии эквивалентных микроскопической энергии волн (пакет волн, ассоциированный фонон) возникающих при необратимом разрушении флуктуацией микроскопического термомеханического равновесного состояния. В результате флуктуации происходит изменение теплового равновесного движения и необратимый скачкообразный микроскопический относительный сдвиг сегментов СЕ (формоизменение). Образование энергии разрушения атомных связей (потоков энергии импульсов движений) рассматривается в элементарном молярном объеме деформированной твердой среды, находящейся в макроскопическом термомеханическом равновесии, за характерный период времени следования разрушительных флуктуаций.
Молярная энергия деформированного твердого тела. \(\bar{\mathrm{w}}_{L} \; J/mol\) Энергия микроскопического тепломеханического движения идеальных частиц деформированной твердой среды, которая возникает периодически в элементарном молярном объеме в результате характеристической тепловой разрушительной флуктуации в условиях термомеханического равновесного состояния среды \(\sigma = const,\; T=const\).
Молярная энергия деформированного твердого тела равна минимальной работе, которую производит тепломеханическая вая энергия микроскопического движения в объеме из одного моля \(V_{\mu }\) квазичастиц за некоторый малый характерный период времени [4]. Работа совершается за элементарный характеристический период релаксации микроскопического термомеханического равновесного состояния или за время появления флуктуации разрушения микроскопического равновесия в объеме \(\bar{\mathrm{v}}_{\mu }\). Система в целом находится в условиях термомеханического равновесия \(\sigma = const,\; T=const\) .
Квазичастица прочности – элементарное разрушение.
\(\bar{\mathrm{w}}_{r}= \frac{W_{L}}{N_{A}}\; J/un.\) - элементарная молярная энергия квазичастицы прочности.
\(\bar{\mathrm{v}}_{r}= \frac{Sh}{N_{A}}\; m^{3}/un.\) элементарный молярный объем квазичастицы.
Энергия квазичастицы разрушенных структурно-энергетических связей (разрушенных микроскопических потоков движения) характеризует энергию тепломеханического движения элементарных форм вещества (частиц массы химического элемента) в некотором объеме деформированной среды. Молярная энергия квазичастицы выражена через эквивалентную энергию теплового термодинамического равновесного движения частиц идеального газа, коротко через термодинамическую температуру.
Такое соответствие аналитически достигается при помощи уравнения структурно-энергетического состояния деформированной твердой среды, полученного из экспериментальных зависимостей кинетической концепции
прочности С.Н.Журкова.
- Details
- Written by Штырев Н.А.
- Parent Category: Categories RU
- Category: Articles
- Published: 14 December 2015
- Hits: 1627
Энергия квазичастиц прочности необходимая для разрушения корневой структурно-энергетической связи, теоретическая предельная величина молярной энергии микроскопических потоков равновесного тепломеханического движения при действии одноосных напряжений \(\sigma = E\) :
\(\begin{equation}\bar{\mathrm{w}}_{*r}= \frac{Gr}{N_{A}}\; J/un\end{equation}\)
Предполагается, что при напряжении \(\sigma = E\) достигается максимальный перенос - трансляция энергии микроскопического движения в объеме деформированной физической среды за характеристический период разрушительной флуктуации.
- Details
- Written by Super User
- Parent Category: Categories RU
- Category: Articles
- Published: 14 December 2015
- Hits: 1645
Зависимости и параметры материала показаны для одноосного напряженного состояния.
На основании экспериментальных данных кинетической концепции прочности в работах [10, 11] показано, что произведение величины интенсивности механической нагрузки \(\sigma \; N/m^{2}\) (напряжение, давление) и объема квазичастиц \(Sh\; m^{3}/mol\), есть некоторая постоянная величина данного структурно-энергетического физического состояния твердой среды, не зависимая в широком интервале значений от уровня напряжений и температуры:
\(\begin{equation}\sigma \cdot Sh= G\vec{r}\; J/mol\; \; 0\neq \left | \sigma \right |< \sigma _{th}\tag{1} \end{equation}\)
Где, \(G\vec{r}\; J/mol\) - структурно-энергетический физический параметр молярный энергии состояния деформированного твердого тела. \(\sigma _{th}\) - теоретическая прочность материала. Неповрежденный материал в начальный момент времени характеризуется корневым начальным структурно-энергетическим параметром молярной энергии материала \(Gr_{o}= Gr\left ( 0,E \right )\) , он равен теоретической величине молярной энергии деформированного твердого тела при условии \(\sigma = E\) :
\(\begin{equation}W_{L}\left ( 0,E \right )= \gamma _{o}\sigma = Sh_{o}\left ( 0,E \right )W_{\sigma }\end{equation}\)
Где, \(\gamma ^{o}= Sh_{o}\left ( 0,E \right )= Sh\left ( t=0, \sigma = E \right )\; m^{3}/mol\) - корневой молярный объем деформированного материала, или начальный структурно чувствительный коэффициент, определяемый экспериментально для неповрежденного материала в концепции прочности Журкова. \(W_{\sigma }\; J/m^{3}\) - плотность энергии упругих деформаций. \(E\; N/m^{2}\) - модуль упругости твердого тела.
Пример. Начальный параметр для чистого алюминия \(Gr_{o}= 23\cdot 10^{7}\; J/mol\) ,
алюминиевого сплава 1201Т1 \(Gr_{o}= 277\cdot 10^{7}\; J/mol\) [5,12]
Зависимость (1) показывает, что если в условиях установления заданного уровня напряжений в материале можно пренебречь релаксационными процессами (время установления и необратимые процессы релаксации напряжений в материале пренебрежимо малы), то произведение молярного объема квазичастиц прочности \(Sh\) и величины напряжений \(\sigma\)есть постоянная величина. \(Sh\)- объем одного моля разрушительных флуктуаций или квазичастиц энергии прочности, возникающих при данном уровне напряжений за характеристический период флуктуаций, в условиях термомеханического равновесия системы.
На основании обобщения экспериментальных и аналитических результатов кинетической концепции прочности [Ж, Ж-С,Рег], в работах [ШТ, ,], показано, что (1) является физическим законом структурно-энергетического состояния деформируемого твердого тела.
Зависимость (1) подобна закону Бойля Мариотта, записанному для объема одного моля частиц массы газа или моля квазичастиц энергии разрушительных характеристических флуктуаций, возникающих в результате микроскопического теплового движения частиц в этом объеме [Шт]. В данном случае рассмотрим макроскопическую систему в условиях термомеханического равновесия, образованную молем идеальных квазичастиц прочности возникающих в физическом макроскопическом объеме деформированного твердого тела.
На рис.1 показаны закономерности связи интенсивности нагрузки \(p\) - давление, \(\sigma\) - напряжение и \(V_{\mu }\) - молярный объем идеальных частиц массы газа (квазичастиц молярной энергии газа), - молярный объем квазичастиц прочности твердого тела [3,11].
Рис.1 Зависимости молярного объема квазичастиц энергии макроскопической системы:
а) изотермы газового закона \(pV_{\mu }= D\) , в) изохронно – изотермы закона \(\sigma \cdot Sh= G\bar{r}\) .
Физически условие (1) означает. В стационарном состоянии структуры конденсированной среды средняя скорость изменения плотности энергии микроскопического кинетического движения, в элементарном объеме деформированной среды (твердого тела) или среды сжатого газа (в элементарном объеме одной квазичастиц \(\bar{\mathrm{v}}_{r}= Sh/N_{A}\) ), равна средней скорости потока кинетической молярной энергии на поверхности молярного объема (дивергенция или локальная молярная мощность процесса разрушения). Среднее значение локальной молярной мощности определяется за время характеристической флуктуации. Таким образом, молярный объем это физическое пространство образованное идеализированными точечными источниками потенциальной (молярная плотность энергии) и кинетической (молярный поток) микроскопической энергией. Физическая природа источников - флуктуации разрушения микроскопического равновесия. Энергию источника можно характеризовать средними молярными энергетическими параметрами термодинамического равновесия.
- Details
- Written by Штырев Н.А.
- Parent Category: Categories RU
- Category: Articles
- Published: 14 December 2015
- Hits: 1533
Элементарное разрушение.
Разрушительная флуктуация термомеханического микроскопического равновесия в элементарном объеме физической среды ДТТ при условии \(\sigma = const, T = const\). Мерой элементарной энергии разрушения (изменения величины потока или плотности энергии) микроскопического движения может служить квазичастица энергии разрушения термомеханического равновесия в элементарном объеме. Энергия квазичастиц прочности – молярная локальная энергия, физическая величина.
Макроскопическое разрушение физической среды ДТТ.
На примере хрупкого разрушения. Состояние спонтанного роста молярной локальной энергии или экспоненциальный рост молярного объема квазичастиц прочности.
Результатом необратимого разрушения физической среды или разрушения идеальных прочных связей реального ДТТ являются формоизменение геометрического объема среды, образование внутренней микроскопической свободной поверхности в объеме физической среды (микроскопические повреждения или трещины) и образование внешней свободной макроскопической поверхности (увеличение площади поверхности). Указанные необратимые процессы наблюдаются экспериментально и определяются количественно через молярные характеристики ДТТ.
Из анализа результатов экспериментальных исследований кинетической концепции прочности [1011] и теоретических выводов, получена аналитическая запись физического энергетического условия макроскопического хрупкого разрушения деформированного твердого тела:
\(\begin{equation}U_{o}-\gamma \left ( t_{*}\sigma \right )= 0\end{equation}\),
\(\gamma ( t_{*})\) - значение корневого молярного объема квазичастиц в момент хрупкого разрушения \(t_{*}\).
Физически это условие означает спонтанный рост частоты разрушительных актов флуктуаций \(\nu _{r}= 1/\tau _{ro}\rightarrow \infty\) , период разрушительных флуктуаций в молярном объеме ДТ уменьшается \(\tau _{ro}\rightarrow 0\).
- Details
- Written by Штырев Н.А.
- Parent Category: Categories RU
- Category: Articles
- Published: 14 December 2015
- Hits: 1614
\(U_{o}\; J/mol\) - энергия активации разрушения твердого тела. Минимальная величина молярной энергии необходимая для разрушения микроскопически анизотропного твердого тела, при активации процесса разрушения структурных связей по одной степени свободы и спонтанном (хрупком) образовании свободной граничной поверхности структурных составляющих.
\(U_{os}\; J/mol\) - энергия сублимации, предельная молярная энергия необходимая для изотропного процесса разрушения элементарных равновесных состояний, в изотропной твердой среде, равновероятно во всех направлениях осей координат