Деформирование и разрушение твердых тел с позиций кинетической структурно-энергетической теории

Реальное твердое тело (РТ) – конгломерат идеальных структурных единиц (далее СЕ) образованный различной природой взаимосвязей, которые объединены между собой множеством прочных объемных ассоциированных энергетических связей атомарного уровня. Конденсированная твердая среда, образующаяся при отвердевании (кристаллизации) элементарными идеализированными структурными единицами (ЭСЕ), линейный размер порядка \(1\times 10^{-10}\; м\), это частицы атомарного размера атомы, ионы и т.п. 

ЭСЕ формируют следующий уровень организации микроскопического элементарного движения конденсированной среды, который обозначим как структурные единицы (СЕ). СЕ - микроскопический анизотропный фрагмент кристаллической решетки, сегмент молекул, кластер, домен линейный размер порядка \(1\times 10^{-9}\div 1\times 10^{-6}\; м\), идеализированная структурная единица конгломерата твердого тела, однофазная гомогенная, в общем случае структурно анизотропная (трехмерная фаза). СЕ это фрагмент идеального твердого тела, который подчиняется зависимостям теории упругости. СЕ образуются из элементарных частиц в результате хаотического процесса кристаллизации или отвердевания расплава (раствора) жидкой среды. СЕ кристаллических тел это пространственные фрагменты решеток. В аморфных телах это фрагменты, сегменты молекул, кластеры. СЕ это анизотропные состояния твердой среды, которые могут характеризоваться трехмерным тензором микроскопических (локальных) физических свойств \(E_{i}\)- модуль упругости, \(\alpha _{i}\)- коэффициент линейного температурного расширения, \(\rho _{i}\)- плотность, \(C_{i}\)- теплоемкость, \(\lambda _{i}\)- теплопроводность и др., где - 1,2,3 оси ортогонального трехмерного тензора СЕ. Конгломерат реального твердого тела представляет объем макроскопического множества СЕ, которые имеет тензор соответствующих собственных среднестатистических макроскопических физических параметров, отличающихся от локальных параметров. 

Область микроскопического контакта условных поверхностей СЕ взаимосвязанных посредством ассоциированных прочных связей атомарного уровня называем граничным объемом и внутренней граничной поверхностью. Граница разделяет различные физические фазы и микроскопические показатели среды, обусловленные анизотропией микроскопических свойств, которые особенно проявляются в кристаллических средах (теплопроводность, линейное тепловое расширение, теплоемкость, модуль упругости и др.). Например, модуль упругости кристаллита чистого железа может отличаться на порядок в различных осях решетки. При кристаллизации, отвердевании посредством объемных коллективных атомных связей различной природы, случайным образом ориентированные анизотропные СЕ образуют прочный конгломерат твердого тела. 

РТ - конденсированная твердая физическая среда, в которой происходит непрерывное пространственно анизотропное микроскопическое движение потоков импульсов энергии возникающих в результате тепловых колебаний элементарных составляющих и периодических флуктуаций разрушения термомеханического равновесного состояния в элементарных объемах. Импульсы микроскопического движения рассматриваются на двух уровнях организации структурных составляющих твердого тела. Первый уровень – микроскопические импульсы колебаний, движения элементарных структурных единиц (ЭСЕ), линейный размер порядка \(1\times 10^{-10}\; м\) (частицы атомарного размера атомы, ионы и т.п.). Движения происходят относительно некоторого условного геометрического расположения центра массы отдельной ЭСЕ (узлы решетки, молекул и др.). 

Второй уровень – совместное скачкообразное, импульсное относительное движение, смещение пространственных (трехмерных) структурных единиц или их сегментов.

 Структурные единицы - (далее СЕ) - фрагменты решетки, молекулы или их сегменты, кластеры, домены и др. пространственные матрицы структурно-энергетических свойств элементарных составляющих твердой среды. СЕ образуются при отвердевании (кристаллизации) из ЭСЕ, формируют следующий уровень организации микроскопического элементарного движения конденсированной среды. СЕ - микроскопический анизотропный фрагмент кристаллической решетки, сегмент молекул, кластер, линейный размер порядка \(1\times 10^{-9}\div 1\times 10^{-6}\; м\). СЕ это идеальное твердое тело, подчиняется зависимостям теории упругости, имеет условную физическую границу поверхности. Поверхность может быть свободной, либо общей границей СЕ. Граница условно разделяет различные физические микроскопические показатели среды, обусловленные анизотропией микроскопических свойств, которые особенно проявляются в кристаллических средах (теплопроводность, линейное тепловое расширение, теплоемкость, модуль упругости и др.). Например, модуль упругости кристаллита чистого железа может отличаться на порядок в различных осях решетки, существенно различаются теплопроводность, температурное расширение и др. При кристаллизации, отвердевании посредством коллективных атомных связей различной природы, случайным образом ориентированные анизотропные СЕ образуют прочный конгломерат твердого тела. 

 Граничный объем. 

Область микроскопического контакта условных поверхностей СЕ взаимосвязанных посредством ассоциированных прочных связей атомарного уровня называем граничным объемом и внутренней граничной поверхностью. Таким образом, можно сказать, реальное деформированное твердое тело представляет физическое пространство (объем) из совокупности микроскопических границ идеальных структурных составляющих. 

РТ - суммарный объем макроскопического количества элементарных молярных объемов структурно-физических состояний среды. Каждый элементарный молярный объем РТ включает микроскопический фрагмент граничной поверхности СЕ. Элементарный молярный объем, как фрагмент состояния такой среды можно сравнить с «атомом» пространства наполненного энергией микроскопического движения. 

Граничные поверхности в совокупности представляют физический объем микроскопических состояний движения или граничный объем (далее ГО) в которых от флуктуаций происходит разрушение и релаксация равновесного термодинамического состояния элементарных молярных объемах среды. 

ГО – микроскопическая термодинамическая система, находящаяся в объеме макроскопической термодинамической системы. ГО составляет часть макроскопического объема системы находящейся в равновесном термодинамическом состоянии \(T= const\). Считаем, что совокупный относительный объем ГО в объеме макросистемы занимает пренебрежимо малую часть, экспериментально установлено эта величина не более 0.01- 0.1%. 

• < Назад
• Вперёд >