Диссипация поверхностная

Согласно классическому определению, термодинамическое равновесие - это равенство потоков энергии между системой и окружающей средой. Оно всегда реализуется через поверхность раздела. Учитывая это, можно утверждать, что поверхностный слой непосредственно участвует в диссипации энергии системой и является диссипативной структурой. Как диссипативная структура поверхность, следовательно, обладает следующими свойствами временем жизни определенного структурного состояния, которое зависит от внешних условий, областью локализации и фрактальной размерностью. [c.124]

Таким образом, материалы с высокой энергией дефектов упаковки предполагают более высокие значения поверхностной энергии, которые характерны и для будущих поверхностей разрушения. Это является стимулом к повышению сопротивления разрушению материала путем активации процессов самоорганизации структуры в процессе диссипации энергии нагружения. Поступающая энергия нагружения в процессе диссипации расходуется на процесс формирования зон переходных поверхностных слоев будущей поверхности разрушения. При этом успевает сформироваться возможно более полная структура переходного поверхностного слоя, описанного в разделе 4.3. [c.130]

При этом имелось в виду, что при достаточно малых числах Рейнольдса из-за действия поверхностно-активных веществ, которые всегда есть в не очень очищенных ншдкостях, трение жидкости о пузырек определяется как для твердой частицы, а при больших числах Рейнольдса реализуется потенциальное обтекание, н сила трения определяется диссипацией в соответствующем поле скоростей. Следует иметь в виду, что если числа Вебера [c.103]

В то же время основной задачей теории изнашивания является установление критериев, с помощью которых можно было бы предсказать скорость (или интенсивность) изнашивания, наступление предельного состояния поверхностных слоев, переходы от одного вида изнашивания к другому. Наиболее общим и перспективным в исследовании и описании процессов изнашивания является термодинамический подход, в основе которого лежат законы сохранения энергии и принцип увеличения энтропии при необратимых процессах (первое и второе начала термодинамики). Целесообразность такого подхода также объясняется тем, что в основе современных теорий прочности твердых тел и строения вещества лежат энергетические концепции, а процесс трения всегда сопровождается диссипацией энергии. При этом совокупность происходящих физико-химических процессов, обусловливающая изменение структуры материала, энтропии трибосистемы и ее изнашивание (разрушение), может быть описана с помощью законов неравновесной термодинамики и термодинамических критериев (энерге- [c.111]

В процессе эксплуатации в условиях трения структурные изменения (зарождение и накопление дефектов) развиваются в тонком поверхностном слое. Они сопровождаются увеличением плотностей внутренней энергии и энтропии. Одновременно идут процессы диссипации энергии и релаксации напряжений. Соотношение интенсивности этих конкурирующих процессов зависит от интенсивности внешнего энергетического воздействия, определяемой величиной контактных напряжений от внешней нафузки и скоростью относительного перемещения. [c.268]

Как граничное, так и сухое трение представляют собой системы, в которых происходит диссипация тепловой энергии и необратимые превращения в металле диспергирование, усталостное разрушение и разрушение в результате структурных изменений. Тонкая пленка окислов и адсорбированные на ней слои смазки или смеси влаги и кислорода не предохраняют поверхностный слой металла от деформации, упрочнения и последующего разрушения. [c.6]

В действительности при Ф. р. в металле на его поверхности возбуждаются спиновые волны, к-рые распространяются в глубь металла и затухают, в осн., на длине 6 вследствие магн. потерь и электрич. потерь, обусловленных проводимостью металла. Теория этого процесса должна учитывать влияние обменного взаимодействия на параметры всех 4 типов волн, к-рые могут распространяться в ферромагн. металле, а также дополнит, (обменные) граничные условия на поверхности металла. В результате может быть вычислен поверхностный импеданс металла Zg и найдена ширина резонансной линии ДЯ, к-рая в данном случае определяется, как ширина кривой Zj (Яо) на половине её высоты. Сравнение результатов таких расчётов с экспериментом позволяет найти вклад ДЯ ,г магн. потерь, пропорциональный параметру диссипации в ур-нии Ландау—Лифшица, и вклад ДЯ , обусловленный проводимостью и обменным взаимодействием. В случае преобладания этого вклада и нормального скин-эффекта [c.309]

К настоящему времени получен большой объем экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что начальные акты пластической деформации, а следовательно и диссипация энергии, связаны с поверхностными слоями кристалла. Крамер [539] экспериментально показал на деформируемых ОЦК-, ГЦК- и ГПУ-кристаллах наличие градиента плотности дислокаций в приповерхностных слоях. Образующийся деб-рис-слой действует как барьер, задерживающий дислокации, генерированные в процессе нагружения внутренними источниками. Глубина такого слоя — около 60 мкм для алюминия и 100 мкм для железа, что сопоставимо с размером зерна. Установлено, что этот эффект не связан с градиентом напряжений, так как он проявляется и при одноосном растяжении, а являет собой пример самоорганизации структур, обеспечивающей самозащиту поверхности металла от разрушения. [c.336]

Следует подчеркнуть, что области нагружения 2 и 3, отвечающие реализации области многоцикловой усталости, определяют превалирующую роль поверхности в диссипации энергии, в то время как область 4, характеризующая малоцикловую усталость, обусловливает преобладающую роль всего деформируемого объема. Последнее приводит к низкой эффективности поверхностного упрочнения материалов, предназначенных для работы в условиях малоцикловой усталости. В табл. 34 суммированы методы упрочнения в зависимости от контролирующего механизма диссипации энергии, скачкообразно изменяющегося при переходе от одной [c.337]

Кольцевой демпфер со свободной поверхностью имеет сходство с открытым каналом с поверхностными волнами. Именно такая модель была принята в работе [69] при исследовании кольцевого демпфера. В результате исследования было установлено что резонанс, или условие максимальной диссипации энергии [c.248]

Образование фуллеренов из углеродных кластеров включает две стадии термодинамической самоорганизации, различающихся механизмами диссипации энергии и формой кластера. На первой стадии происходит образование и рост плоского углеродного кластера путем создания двойных С—С связей, приводящего к увеличению атомов углерода в плоском кластере. Критическое число атомов в кластере С х вплоть до которого плоский кластер может оставаться плоским, контролируется уровнем поверхностной энергии (числом двойных С—С связей). Переход ко второй стадии термодинамической самоорганизации носит спонтанный характер и отвечает термодинамической самоорганизации, обеспечивающей смену механизма диссипации энергии. Контролирующим механизмом диссипации энергии на этой стадии (после пе- [c.92]

Различие атомно-электронной структуры и динамики кристаллической решетки в поверхностных и внутренних объемных слоях кристалла может приводить к различию в проявлении основных механизмов диссипации энергии на дислокациях, движущихся в объеме кристалла и у его поверхности, причем в общем случае это различие может проявляться на всех структурных и фононных ветвях диссипации вводимой в кристалл энергии. [c.27]

Таким образом, происходит самовоспроизводящнйся (автокаталитический) процесс имеющиеся в материале несплошности и зародышевые микротрешины, содержащие в себе зачатки структуры поверхностных переходных слоев, накапливают в процессе диссипации энергии нагружения материала дефекты кристаллической структуры и достраивают таким образом структуру поверхностного переходного слоя. Окончание процесса формирования переходного слоя проявляется в качестве образования новой поверхности (трещины), а локальные напряжения в зоне формирования переходного слоя трансформируются (диссипируют) в поверхностную энергию трещины. [c.129]

Таким образом, процессы формирования зон переходного поверхностного слоя в процессе диссипации энергии нагружения в области вершины трещины протекают посредством структурных фазовых переходов второго рода (например, аморфизация материала у вершины трещины и образование структур предплавления). Фрактальная структура различных зон поверхностных переходных слоев подразумевает значительный разброс (флуктуации) по размерам дефектов в переходном слое. Поэтому вблизи вершины кончика трещины присутствуют микронесплошности и поры, способные в локальной области самостоятельно генерировать процесс достройки структуры поверхностного переходного слоя. В данном случае наблюдается опережающее образование микротрещин вблизи кончика генеральной трещины. [c.131]

Итак, сопротивление разрушению твердых тел определяется диссипативными процессами, в течение которых в материале происходит формирование зон поверхностных переходных слоев - зоны скопления дислокаций и аморфной зоны с фрактально пористой структурой. Показателем диссипативных свойств материала при самоподобном разрушении является фрактальная размерность, учитывающ.ая вклад в диссипацию энергии двух основных механизмов пластической деформации (образование зоны скопления дислокаций) и образования иесппошностей (образованиие аморфной зоны и переходного слоя вблизи вершины трещины). [c.131]

Управления свойствами поверхностного переходного слоя можно достичь, заставив носителей диссипации энергии переходного слоя (дефекты упаковки) подчинеться только параметру порядка, т.е. создавать различного рода неравновесные условия получения и обработки материалов, характерные для каждого конкретного случая. Мы предполагаем, что идеальные условия неравновесности поверхностных слоев металлических тел реализуются путем создания иерархии в структуре дефекгов. [c.135]

Решение. На границе жидкости с газом должна обращаться в нуль не самая касательная составляющая скорости жидкости, а лишь ее нормальная производная (вязкостью газа пренебрегаем.) Поэтому градиент скорости вблизи поверхности не будет аномально велик, пограничный слой (в том виде, о котором шла речь в 39) будет отсутствовать, а потому будет отсутствовать (почти по всей поверхности пузырька) также и явление отрыва. При вычислении диссипации энергии с помощью объемного интеграла (16,3) можно поэтому во всем пространстве пользоваться распределением скоростей, соответствующим потенциальному обтеканию шара (задача 2 10), пренебрегая при этом ролью поверхностного слоя жидкости и очень тонкого турб лент-ного следа. Производя вычисление по формуле, полученной в задаче к 16, найдем [c.258]

Чтобы исследовать устойчивость равновесия, мы можем вообразить импульсные возмущения, за которыми следуют действительные вариации равновесных перемещений. Поскольку диссипации энергии нет, сумма потенциальной и кинетической энергий остается постоянной. Если при отклонении от равновесной конфигурации потенциальная энергия должна увеличиваться, то кинетическая энергия должна уменьшаться. Однако если потенциальная энергия должна уменьшаться, то кинетичеткая энергия будет возрастать. Эти два случая описываются соответственно как устойчивый и неустойчивый по отношению к малым возмз/-щениям. Устойчивость, очевидно, требует, чтобы потенциальная энергия в положении равновесия достигала минимума, а неустойчивость—чтобы она была максимальной. При таком использовании потенциальной энергии подразумевается, что в движении, следующем за возмущением 1) объемные и поверхностные силы двигаются вместе с элементами материала, на которые они действуют в равновесной конфигурации, и 2) эти силы не меняют ни величины, ни направления. [c.262]

В подповерхностном слое происходят перераспределение локальных, действующих со стороны пограничного слоя нагрузок на нижележащие слои материала и диссипация энергии, генерируемой в поверхностном слое в процессе пластического сдвига. Материал подповерх- [c.87]

Анализ имею ихся даннь х о структурных изменениях в поверхностных слоях тру1цихся тел и одновременно о происходящих термодинамических процессах диссипации механической энергии показывает, что эти 1 роцессы являются основнь ми в механизме трения и изна- [c.97]

Выше отмечалось, что трибосистемы относятся к открытым термодинамическим системам, обменивающимся энергией и веществом с внешней средой. Трение является процессом преобразования внеи1ней механической энергии во внутреннюю в виде колебательных и волновь]х движений частиц трибосистемы, сопровождаемым термическими, термоэлектронными, акустическими, химическими и другими явлениями. Основная часть этой энергии превран ается в тепловую и отдается во внешнюю среду, другая идет на изменение физико-химического состояния поверхностных слоев трущихся материалов. Диссипация энергии соответствует увеличению энтропии (dS > 0). Энергетический баланс трибосистемы описывается уравнением [9] [c.112]

Так, например, В. С. Щедров [116] пишет В результате приработки материальная поверхность приходит к такому физическому состоянию и такой структуре, при которых поверхностный слой обладает минимальной потециальной энергией, т. е. представляет устойчивую систему, допускающую в данных условиях минимальную диссипацию энергии. Эта воспроизводимая шероховатость называется оптимальной . По нашему определению эта шероховатость называется равновесной. [c.19]

Как показано выше, коэффициент поверхностного натяжения воды с добавками ОДА значительно снижается, что приводит к интенсификации процесса дробления капель. Опыты, проведенные на суживающемся сопле (рис. 9.4, а), подтвердили значительное уменьшение среднемассового диаметра капель (более чем в 3 раза) при введении ОДА. При концентрации ОДА 8-10- кг/кг уменьшение диаметров капель было обнаружено и на входе в сопло, что объясняется интенсивной адсорбцией ОДА жидкой фазой перед соплом и соответственно дроблением капель. Аналогичный результат получен при исследовании дисперсных характеристик вихревого следа за пластиной (рис. 9.4,6). При концентрации ОДА 10 кг/кг диаметры капель уменьшаются в 3—4 раза. Потери кинетической энергии в поперечном сечении вихревого следа, по данным [28], при введении ОДА снижаются. Особый интерес представляет изучение явления снижения гидродинамического сопротивления в турбулентных потоках при введении полимерных добавок, впервые обнаруженного Томсом [189]. Хорошо известны гипотезы, предложенные для объяснения ламинаризирую-щего воздействия полимерных веществ [97, 158 и др.], использующие модель взаимодействия с основной средой крупных полимерных молекул (или их ассоциаций), имеющих линейные размеры в несколько десятков и сотен ангстрем (существенно превосходящие размеры молекулярных ассоциаций основной среды). Дополнительная вязкая диссипация, вызванная обтеканием макромоле-кулярных клубков периодически нестационарным (пульсацион-ным) потоком, и значительная инерционность этих клубков приводят к частичному вырождению мелкомасштабных турбулентных пульсаций. По-видимому, справедлива качественная аналогия между эффектами, фиксируемыми при введении гидрофобных присадок в потоки жидкости и мельчайших капель, возникающих при. конденсации парового потока. Как уже упоминалось (см. гл. 3,6), мелкие капли снижают интенсивность турбулентности несущей [c.301]

Изучение структурных и энергетических закономерностей пластической деформации в приповерхностных слоях материалов в сравнении с их внутренними объемными слоями имеет важное значение для развития теории и практики процессов трения, износа и схватывания. При этом следует отметить, что. поверхностные слои кристаллических материалов имеют, как правило, свои специфические закономерности пластической деформации. Так, например, в работе [11 при нагружении монокристаллов кремния через пластичную деформируемую среду силами контактного трения было найдено, что в тонких приповерхностных слоях на глубине от сотых и десятых долей микрона до нескольких микрон величины критического напряжения сдвига и энергии активации движения дислокаций значительно меньше, чем аналогичные характеристики в объеме кристалла. Было также показано [2], что при одинаковом уровне внешне приложенных напряжений по поперечному сечению кристалла в радиусе действия дислокационных сил изображения эффективное напряжение сдвига значительно выше, чем внутри кристалла. Поэтому поверхностные источники генерируют значительно большее количество дислокационных петель и на большее расстояние от источника по сравнению с объемными источниками аналогичной конфигурации и геометрии при одинаковом уровне внешних напряжений. Высказывалось также предположение, что облегченные условия пластического течения в приповерхностных слоях обусловлены не только большим количеством легкодействующих гомогенных и различного рода гетерогенных источников сдвига [3], но и различной скоростью движения дислокаций у поверхности и внутри кристалла [2]. Аномальное пластическое течение поверхностных слоев материала на начальной стадии деформации может быть обусловлено действием и ряда других факто-зов, например а) действием дислокационных сил изображения 4, 5] б) различием в проявлении механизмов диссипации энергии на дислокациях, движущихся в объеме кристалла и у его поверхности причем в общем случае это различи е, по-видимому, может проявляться на всех семи фононных ветвях диссипации энергии (эффект фононного ветра, термоупругая диссипация, фонон-ная вязкость, радиационное трение и т. д.) [6], а также на электронной [71 ветви рассеяния вводимой в кристалл энергии в) особенностями атомно-электронной структуры поверхностных слоев и их отличием от объема кристалла, которые могут проявляться во влиянии поверхностного пространственного заряда и дебаевского радиуса экранирования на вели- [c.39]

Принято [534] для поликристаллических материалов подразделять технологические остаточные напряжения на напряжения I, II и Ш родов. Их взаимодействие подчиняется принципу суперпозиции, схематично показанному на рис. 183 для оси х, проходящей через несколько зерен. Возникновение технологических остаточных напряжений при виброупрочнении поверхности дробью обусловлено кооперативным взаимодействием неоднородного поля упругопластических деформаций с тепловыми потоками в поверхностных слоях, обеспечивающих высокоскоростную диссипацию энергии. Вследствие изменения удельного объема поверхностного слоя наружные слои находятся под воздействием сжимающих напряжений, а внутренние — растягивающих. Напряжения I рода охватывают макрообласти (в частности, совокупности зерен), II рода — области изолированных зерен, а напряжения Ш рода уравновешиваются в малых зонах, соизмеримых с размерами межатомных расстояний. Истинное локальное остаточное напряжение Оосг определяется в любой точке (х, у) (рис. 183) суммой остаточных напр5[жений всех родов. Однако для упрощения решения задачи в дальнейшем будем понимать под технологическими остаточными напряжениями только напряжения I рода. [c.331]

К настоящему времени разработаны эффективные методы защиты поверхности, копирующие в, том или ином виде естественные процессы самозащиты. Однако для повышения эффективности поверхностного упрочнения необходимо используемые методы и технологические режимы обработки увязать с механизмом диссипации энергии, контролирующим поведение системы в эксплуатационньгх условиях. Особенно велика роль поверхности в сопротивлении разрушению при циклических нагрузках. [c.337]

Величину Y по традиции часто называют поверхностной энергией на самом деле она представляет собой необратимую работу (на единицу площади), так как трещины всегда необратимы. Для ее обозначения применяются также следующие термины удельная энергия диссипации, энергия разрушение, ффективная поверхностная энергия, скорость освобождения Упругой энергии (последний термин —для величины, рав-вои 2у). [c.21]

Из соотношения (2.76), а также из анализа величины диссипации энергии в цикле сближения-удаления упругих тел с учётом адгезионных связей различной природы, изложенного в 2.4, следует, что адгезионная составляющая Fa силы сопротивления при качении зависит от плотности и формы неровностей, а также от величины поверхностной энергии и модуля упругости основания в случае сухих поверхностей и от модуля упругости основания, толщины пленки жидкости и её поверхностного натяжения - при взаимодействии смоченных поверхностей, а также при взаимодействии во влажной среде. При этом значение Fa возрастает с увеличением поверхностной энергии и уменьшением объёма жидкости в мениске, а также при уменьшении модуля упругости тел (для более мягких материалов). Кроме того, для смоченных поверхностей в некоторых случаях (например, большой слой жидкости на поверхности, малая величина поверностного натяжения, жёсткое основание) величина адгезионной составляющей сопротивления качению равна нулю. [c.129]

В этом разделе изучается влияние свойств тонкого поверхностного слоя на характеристики контактного взаимодействия при качении упругих тел, разделённых жидким смазочным материалом. Давление, возникающее в слое жидкости при относительном движении поверхностей, и толщина плёнки смазки в этом случае зависят от геометрии контакта и вязких свойств жидкости (гидродинамическая смазка), а также от упругих свойств взаимодействующих тел (эластогидродинамическая смазка). Теории гидродинамической и эластогидродинамической смазки изложены в монографиях [22, 60, 81, 162, 185]. Эти теории, базирующиеся на ньютоновской модели жидкости, удовлетворительно предсказывают толщину плёнки смазки в зазоре между телами. Однако при высоких давлениях и низких скоростях относительного проскальзывания наблюдается различие в предсказываемых теорией величинах силы трения и диссипации с наблюдаемыми в экспериментах. Для получения более достоверных результатов рассматривались модели, учитывающие эффект изменения вязкости от температуры и неньютоновское поведение жидкости при высоких давлениях (см. [190, 230]). [c.284]

Имитация и подсчет разрывов волокон позволили дать оценки треищ-ностойкости композита. Характеристика трещиностойкости — критический коэффициент интенсивности напряжений К - связывался с эффек-швной поверхностной энергией G соотношением Ирвина К = / G, где С — величина, зависящая от упругих характеристик тела и имеющая размерность напряжения. Величина G представлялась в виде G = G + + AG (а), где Gопределяется линейным суммированием величин компонентов и не зависит от множественного растрескивания, AG (a) — приращение, которое определяется плотностью микротрещин, т.е. работа, затрачиваемая на множественное растрескивание. Практически диссипация энергий у конца макротрещины принималась в виде G = G (l + уи), где G — диссипация энергии за счет пластических дефорлйции матрицы в окрестности магистральной трещины, v — коэффициент эффективности диссипации энергии на микротрещинах и = и (а ,) - количество микротрещин, увеличивающееся по мере увеличения уровня нагрузки. Резуль- [c.253]

Трение является диссипативным процессом, в котором основная часть работы внешних сил затрачивается на поглош,ение энергии материалом поверхностных слоев и образование теплоты. Процесс диссипации реализуется упругопластической деформацией поверхностных слоев металлов. При этом напряженно-деформированное состояние поверхностных слоев при трении имеет свои особенности. Так, в отличие от объемного напряженно-деформированного состояния, при трении максимальные напряжения возникают в микрообъемах поверхностного слоя. В связи с дискретностью контакта это происходит неодновременно и зависит от степени дискретности и условий трения, например, скорости скольжения. Так как в каждом микрообъеме при трении происходит циклическое изменение знака напряжений, то создаются условия для проявления эффекта Баушиигера. Одновременность деформации и диффузии элементов среды накладывает особенности на механизм пластической деформации, который определяется также важным следствием активации поверхностных слоев — увеличением дефектности структуры металлов и сплавов. В целом в механизме разрушения поверхностных слоев при трении первична упругопластическая деформация. Однако особенности и специфичность механизма пластической деформации до сих пор не позволили разработать физические основы и раскрыть закономерности поверхностного разрушения при трении. [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...