Деформирование и разрушение твердых тел с позиций кинетической структурно-энергетической теории
- Подробности
- Автор: Штырев Н.А.
- Родительская категория: Categories RU
- Категория: Статьи
- Опубликовано: 14 Декабрь 2015
- Просмотров: 1445
Деформирование макроскопического объема твердого тела рассматривается как совокупное формоизменение объема конгломерата СЕ, в результате упругих обратимых и необратимых микроструктурных сдвиговых деформаций СЕ. Необратимые макроскопические деформации рассматриваются как результат совокупного пространственно процесса микроскопических скачкообразных хаотических сдвигов, смещений СЕ (зерен, кластеров, блоков, доменов и др.) между собой (аналог механизм Френкеля – Эйринга). Этот процесс характеризуется диссипацией упругой энергии, отображенной абсолютными и относительными изменениями новой физической величины молярного объема квазичастиц прочности, определяемой в трех ортогональных направлениях тензора главных напряжений (деформаций). Макроскопическое формоизменение в новой модели можно схематически рассматривать как реологическое течение твердой среды, подобной очень вязкой сжимаемой жидкости образованной структурными единицами – вязкий конгломерат. Механические и др. свойства твердого тела рассматриваются через физические свойства молярного объема среды с квазичастицами прочности, молярные функции состояния среды и их производные. СЕ взаимодействуют между собой посредством коллективных связей атомарного уровня (характеризуются энергией квазичастиц), эти связи определяют механическую прочность, пластичность среды. Локальная энергия квазичастиц прочности это термодинамический (изохорно-изобарный - изохронный) молярный потенциал деформированного твердого тела. Таким образом, в данной модели предполагается, что объем реальной твердой среды заполнен квазичастицами прочности, находящимися в полях механических напряжений и температуры, а состояние самих ЭСЕ (атомов и др.) не рассматривается. Объем этой среды под нагрузкой (механической, тепловой) с течением времени упруго и пластически изменяет форму. Необратимое изменение с течением времени формы (объем постоянный) сопровождается необратимым изменением корневого молярного объема энергии квазичастиц. Экспериментальные исследования и зависимости показывают, что относительные необратимые изменения формы материала и необратимые относительные формоизменения корневого молярного объема квазичастиц прочности (плотности энергии диссипации) однозначно связаны между собой.
Необратимое микроскопическое формоизменение (деформирование), образование микроскопических повреждений в объеме тела происходит с первого момента отвердевания среды и ускоряется (инициируется) в результате сложения полей микроскопических (локальных) напряжений и деформаций и макроскопических механических деформаций и напряжений, температуры. Указанные процессы аналитически характеризуются посредством функции состояния локальной молярной энергии квазичастиц прочности деформированного твердого тела, соответствующих производных молярных функции.
В новой структурно-энергетической физической модели деформирование сопровождается непрерывным процессом образования микроскопических дефектов структуры, образованием микроскопических пустот (рыхлость), микро и макро поверхностей среды и др. Влиянием микроповреждений и микро пустот на величину механических макроскопических напряжений деформируемой твердой среды в первом приближении пренебрегаем, считаем, что эти изменения учтены в молярных параметрах материала. Влияние образования свободных поверхностей (пустот, трещин) может быть учтено соответствующими зависимостями, рассматривающими свойства совокупности макроскопических состояний. Материал в этом случае предстает объемной конструкцией с разными термодинамическими физическими параметрами и физическими (не обязательно условие свободной поверхности) границами.