Fig. 1. Expansion of main fatigue crack in the commercial alloy D16T.
Координаторы: акад. Панин В. Е., д-р физ.-мат. наук Наймарк О. Б.
Исполнители: ИФПМ СО РАН, ИМСС УрО РАН
Два последних десятилетия убедительно показали, что прогресс в оценке надежности материалов, длительной, усталостной и динамической прочности, в предсказании поведения материалов при ударно-волновых нагружениях, в создании технологий обработки современных материалов связан с решением ряда фундаментальных проблем нелинейной физики и механики мезоскопических систем. Причина заключается в том, что физические механизмы процессов релаксации и разрушения обусловлены коллективными эффектами в ансамблях мезоскопических дефектов субдислокационной природы, с выраженными пространственными корреляциями. Это характерно для существенно неравновесных систем, поведение которых сопровождается зарождением коллективных мод, резким изменением симметрии нелинейной системы, возникновением нелинейных резонансных режимов, что может быть причиной аномального и стохастического поведения материалов. В этой связи важным является изучение роли коллективных мод в механизмах деформации и разрушения материалов на микро-, мезо- и макромасштабных уровнях при усталостном, динамическом и ударно-волновых режимах нагружения.
На примере промышленного сплава Д16Т показано, что роль коллективных мод пластической деформации зависит от их масштабного уровня и условий нагружения. Повороты отдельных ячеек способствуют эффективной релаксации микроконцентраторов напряжений и связанных с ними моментных напряжений. Подобная диссипативная структура обеспечивает высокую пластичность материала. В условиях, когда коллективные эффекты обусловливают повороты структурных элементов высоких масштабных уровней, а аккомодационные возможности нижних масштабных уровней исчерпаны, материал разбивается на фрагменты и возникает мезоструктура. С использованием оптико-телевизионных методов исследований установлено, что по границам мезоструктуры зарождаются и распространяются трещины. Граница раздела с наибольшей разориентацией определяет траекторию распространения магистральной усталостной трещины (рис. 1).
|
Рис. 1. Распространение магистральной усталостной трещины в промышленном сплаве Д16Т. Fig. 1. Expansion of main fatigue crack in the commercial alloy D16T. |
Распространение и согласование трещин в деформируемом твердом теле эффективно описывается нелинейной динамикой разрушения. Показано, что переход от дисперсного к макроскопическому разрушению сопровождается появлением множества локализованных зон разрушения, которые развиваются в режиме взрывной неустойчивости на дискретном спектре пространственных масштабов. Природа стохастического поведения квазихрупких материалов обусловлена динамикой ансамбля микродефектов в условиях кинетических переходов. Экспериментально наблюдаемые режимы распространения трещин (равномерно-прямолинейный и ветвящийся) являются следствием зарождения множества “дочерних” трещин на траекториях с ориентацией, отличной от ориентации исходной трещины.
Данные исследования самоорганизации зон повышенной пластичности, обусловленных наличием геометрических концентраторов напряжений с помощью оптико-телевизионного измерительного комплекса, подтверждаются расчетами. При растяжении материалов с упрочненным поверхностным слоем образуется сетка поверхностных трещин, играющих роль макроконцентраторов напряжений. Под действием приложенных напряжений в вершине трещин формируются зоны повышенной пластичности. С ростом напряжения их конфигурация видоизменяется. На первой стадии (рис. 2, а—в) конфигурация линий равных перемещений (изотет) изменяется за счет взаимодействия соседних макроконцентраторов, расположенных на одной лицевой поверхности. Материал при этом сохраняет высокую пластичность. На второй стадии (рис. 2, г—е) самоорганизуются зоны повышенной пластичности от макроконцентраторов, расположенных на противоположных лицевых поверхностях образца. Область, соответствующая максимальному сдвигу (где изотеты U и V параллельны друг другу), увеличивается и распространяется на все сечение образца. Траектория окончательного разрушения определяется областью, где вид исходной жесткой схемы механического деформирования — растяжение, заменяется наиболее благоприятной схемой сдвига. В ней развивается максимальная величина интенсивности скорости деформации, что определяет траекторию движения трещины и характер разрушения образца.
| а | б | в |
 |
 |
 |
| e = (7,5 – 8,5) % | ||
| г | д | е |
 |
 |
 |
| e = (7,5 – 8,5) % | ||
|
Рис. 2. Деформированное состояние в зоне двух взаимодействующих трещин. а, г - металлографическая картина, б, д - поля продольной U, в, е - поперечной V компонент векторов смещений. Fig. 2. The deformed state of the two interacting cracks zone materials. а, г - metallographic pattern, б, д - fields longitudinal U-, в, е - and cross V-component of the displacement vector. | ||
Данное исследование показало, что подход к описанию пластической деформации, учитывающий коллективные эффекты и самосогласование в ансамблях мезоскопических дефектов, позволяет описать с единых позиций пластическую деформацию и разрушение материалов независимо от характера и вида нагружения.
 Оглавление |
Далее 
|