Пластическое поведение твердых тел

С помощью математических методов пока не удалось единым образом отразить все многообразие пластического поведения твердых тел. [c.133]

Однако мало знать законы упругого и пластического поведения твердого тела и механизмы его разрушения. Нужно уметь управлять ими, изменяя в соответствующих направлениях химический состав и структуру материала. [c.138]

ПЛАСТИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ [c.145]

В зависимости от строения молекул они могут иметь различную ориентацию у поверхности (не обязательно быть нормально расположенными к поверхности) [7]. Эти явления оказывают воздействие на поведение твердых тел. Так поверхностно-активная среда влияет на процессы разрушения и деформации твердых тел. Адсорбционные пленки приводят к эффекту пластификации, т. е. облегчают пластическое течение в зернах, расположенных в поверхностном слое, так как адсорбированный слой понижает поверхностное натяжение металла. [c.79]

В данной главе дается обзор и анализ физических моделей, описывающих нелинейное поведение твердого тела под нагрузкой стадийность деформационного упрочнения, эффекты пластической нестабильности, эволюцию дислокационных структур и др. При этом основное внимание уделяется синергетическим подходам, а анализ эволюции деформируемого металла проводится с учетом иерархии масштабных уровней диссипации энергии и критериев, контролирующих переход с одного уровня на другой. [c.84]

При количественном анализе диссипации энергии в общем случае необратимых процессов требуется совместное решение уравнений термомеханики сплошной среды при заданных начальных и граничных условиях. Такая система уравнений обсуждается, например, в [72, 87]. Получение замкнутых решений связанных задач термомеханики даже в наиболее простых случаях (например, для одномерных процессов) связано со значительными трудностями. Численный анализ термомеханических процессов осуществляют обычно на основе пространственно-временной дискретизации основных уравнений. При этом дискретизацию по пространственным координатам проводят с помощью конечных элементов, а по времени - с помощью конечных разностей. Основы конечно-элементного подхода к расчету термомеханического поведения твердых деформируемых тел изложены, например, в [72], Подробный анализ диссипативных процессов применительно к пластическому деформированию твердых тел дан в [87, т.П]. [c.195]

Анализ характера поведения кристаллических тел под нагрузкой показывает возникновение в нагруженном материале областей атом-вакансионных состояний играет фундаментальную роль в пластической деформации твердых тел, которую понять без при влечения представлений об атом-вакансионных состояниях просто невозможно. Остановимся на наиболее важных аспектах. [c.23]

В одном и том же твердом теле реализовался каждый тип поведения при осевом напряженно-деформированном состоянии от хрупкого излома при малых деформациях до пластического течения твердого тела, приводящего к большим деформациям. Как заметил Карман, в опытах с мрамором был достигнут уровень гидростатического давления, достаточный, чтобы обнаружить возможное соотношение между давлением и максимумом функции напряжение — деформа- [c.87]

Д ш понимания физических процессов, связанных с высокотемпературной деформацией кристаллов, мы должны прежде всего описать реологическое поведение твердого тела, используя механические и физические переменные (напряжение, деформацию, температуру, давление...). Это описание дается определяющими уравнениями, полученными по результатам механических испытаний. В настоящей главе мы рассмотрим в общем виде необходимее для этого основополагающие понятия напряжение, деформацию и различные реологические определяющие соотношения. При высоких температурах многие материалы вязко текут, поэтому соотношения для вязкости особенно важны. Описываются и сравниваются между собой основные методы механических испытаний ползучесть при постоянном напряжении, деформация при постоянной скорости деформации и релаксация напряжений. Анализируется роль переменных в определяющем уравнении время — кинематическая переменная, которая появляется в явном виде только при неустановившейся ползучести деформация обычно не является хорошей переменной, кроме случая, когда она совпадает со структурными переменными скорость деформации и напряжение. Минимальная скорость ползучести, скорости установившейся и постоянно-структурной ползучести, как правило, соответствуют разным условиям, и их нельзя путать. Мы будем здесь иметь дело с однородной деформацией, однако полезно вкратце рассмотреть критерий неоднородности (т. е. локализации) деформации. Сдвиговая локализация представляет собой пластическую неустойчивость, которая проявляется как падение напряжения на кривых напряжение— дефо )мация. [c.11]

Все рассмотренные выше различные явления, характеризующие пластическую деформацию, часто встречаются в комбинации друг с другом. В связи с этим их оказывается невозможно отделить одно от другого, чем и объясняется большое разнообразие в механическом поведении твердых тел, приведенных в состояние пластической деформации. [c.81]

Предельная поверхность разрушения. В противоположность только что описанному характеру поведения твердых тел под сильным сжатием, те же тела в случае равномерного всестороннего растяжения обнаруживают, как известно, способность противостоять лишь таким напряжениям, которые не превышают некоторой определенной величины. Если три главных напряжения являются равными растягивающими напряжениями, то твердые материалы разрушаются без предшествующей пластической деформации. Такое же разрушение без остаточных деформаций наблюдается во многих твердых материалах и при простом одноосном или двухосном растяжении. Так называемые хрупкие материалы (стекло, чугун, большинство горных пород) при растяжении в одном илп нескольких направлениях разрушаются внезапно без заметных остаточных деформаций. Отсюда мы приходим к гипотезе, что в случае растягивающих напряжений совокупности предельных напряженных состояний Од, способных вызвать разрыв в теле, соответствует вторая предельная поверхность [c.200]

Известно, что механическое поведение твердых тел является чрезвычайно сложным и построить единую математическую модель, описывающую все особенности пластического деформирования материала, даже при наличии необходимых эмпирических сведений не представляется возможным. Поэтому приходится прибегать к упрощенным моделям, характеризующим лишь те свойства материала, которые существенны для данного конкретного случая. [c.211]

За последние десятилетия в физике твердого тела получило широкое распространение представление о несовершенствах кристаллической решетки, называемых дислокациями. Этим несовершенствам приписывается основная роль при объяснении ряда особенностей поведения реальных кристаллов. Механизм пластической деформации, ползучести, разрушения, рассеяния энергии при циклическом деформировании связываются большинством современных авторов с перемещением дислокаций внутри кристалла. Дислокационные представления используются также для объяснения механизма роста кристалла. Возможные дефекты кристаллической решетки не ограничиваются, конечно, одними дислокациями этим термином называются дефекты особого рода, обладающие совершенно определенными свойствами. Однако дислокационные представления, как оказалось, имеют настолько общий характер, что на их основе можно построить очень большое количество разного рода моделей, объясняющих те или иные свойства реального кристалла, и выбрать из этих моделей те, которые наилучшим образом отвечают опытным данным. [c.453]

Твердые тела могут быть неоднородными в объеме по своим свойствам. При изучении их поведения при повторных нагружениях следует различать исходную неоднородность (например, в результате предварительной пластической деформации, термической или термохимической обработки) и неоднородность, приобретаемую в процессе нагружений. В последнем случае возможна как циклически изменяющаяся (в связи с влиянием переменного температурного ноля), так и накапливающаяся (вследствие происходящей пластической деформации) неоднородность. Конечно, эти два вида неоднородности могут быть связаны взаимным влиянием. [c.126]

Пластическая деформация и разрушение являются диссипативными процессами, которые протекают вдали от термодинамического равновесия и сопровождаются проявлением неустойчивости системы в виде деформируемого металла в критических точках. При описании различных экспериментально наблюдаемых нелинейных деформационных эффектов в последнее время начали применяться методы теории динамических нелинейных систем, позволяющие на основе анализа сравнительно простых моделей качественным образом описывать сложное поведение деформируемого твердого тела. [c.84]

Начало XX в. ознаменовалось изучением поведения материалов при высоких давлениях. Карман был одним из первых, кто исследовал деформацию твердых тел (мрамор и песчаник) при гидростатическом сжатии. Он использовал для этой цели аппарат, в котором с помощью глицерина создавалось высокое внешнее давление на образец, помещенный в цилиндр. В этих опытах Карману удалось реализовать как хрупкое разрушение (при малых деформациях), так и пластическую нестабильность, приводящую к большим деформациям. [c.132]

Рассмотрение поведения деформируемого твердого тела с позиций физики и механики неравновесных состояний выдвигает на первый план определение диссипативных свойств материала в точках неустойчивости системы, отвечающих самоорганизации диссипативных структур. Параметры, контролирующие точки перехода "устойчивость—неустойчивость— устойчивость" при деформировании материалов несут фундаментальную информацию о его диссипативных свойствах и фрактальной природе пластической деформации и разрушения. [c.159]

На макроскопическом уровне уплотняемые тела рассматриваются как сплошные. Их механическое поведение будет пластическим, если твердая фаза обладает пластическими свойствами. Однако в отличие от твердой фазы, обычно несжимаемой, макротело может приобретать необратимые деформации объема, что объясняется затеканием или расширением пор. [c.87]

Разнообразие в поведении при больших деформациях множества материалов, называемых твердыми телами (часто в неточном феноменологическом смысле), не поддается простому всеобъемлющему обобщению. Твердые тела деформируются по-разному. Одни из них, как резина или кетгут, испытывают конечные деформации при совпадающих либо очень друг к другу близких путях нагружения и разгрузки и пренебрежимо малых остаточных деформациях, обнаруживаемых по возвращении к начальному уровню нагрузки другие, как, например, металлы или глины, неизменно приобретают остаточные изменения при конечных деформациях, регистрируемые после разгрузки, и имеют существенно разные зависимости напряжение — деформация при нагружении и разгрузке. Кристаллические тела при сравнительно небольших деформациях испытывают переход — иногда весьма резкий — от обратимого чисто упругого или вязкоупругого состояния к термодинамически сложному пластическому состоянию при критическом напряжении, называемом пределом текучести. В другом крайнем случае аморфные [c.5]

Ее интерпретация требует привлечения представлений [58], изложенных в главах 2, 3. Они основываются на рассмотрении конденсированного состояния как системы, значительно удаленной от состояния равновесия. Благодаря этому удается единым образом представить упругое и пластическое поведение твердого тела, его течение и разрушение. Оказывается, что элементарные носители указанных явлений представляются автоло-кализованными решениями полевых уравнений вязко-упругой среды [96] (см. п. 1.2). Изложению картины вязкого разрушения, основывающейся на этих представлениях, посвящен п. 2.1. [c.297]

Дальнейшее развитие наших представлений о механическом поведении твердого тела связано с пониманием, что пластическое течение влечет за собой достаточно емкий резерв прочности конструкции, особенно если она многократно статически неопределима. В этих случаях, как известно, снижение числа наложенных связей в связи с наступлением течения, с соответствуюш,им увеличением числа степеней свободы, не приводит к немедленному нарушению несуш,ей способности, наоборот, способность материала к неограниченному пластическому течению воспринимается как благоприятный фактор, повы-шаюш,ий несуш,ую способность конструкции в целом. [c.75]

Физика высокотемпературной пластической деформации твердых тел в последнее время стала объектом внимания как материаловедов, так и ученых, занимающихся науками о Земле (структурной геологией, тектоникой, физикой Земли и планетных недр). Однако причины, вызывающие их интерес, в обоих случодх несколько различны. С одной стороны, материаловеды хотят понять механику поведения металлов и керамик, чтобы создавать новые материалы, способные выдерживать более суровые условия, или чтобы обрабатывать их с меньшими затратами энергии и сырья. С другой стороны, при изучении Земли,и лланет ученые имеют дело с горными породами, испытавшими большие деформации в естественных условиях, или с мантийным веществом. Вязко текущим с характерными временами порядка миллионов лет,— эти исследователи хотели бы иметь физические основы для экстраполяции определяющих уравнений, полученных в лаборатории, на недоступные непосредственным наблюдениям условия низких скоростей деформации и большие времена, а также для восстановления существовавших ранее условий по данным о современной микроструктуре деформированных минералов. В обоих случаях материалы (сплавы, керамики или горные породы) часто представляют собой сложные, многофазные совокупности, деформацию которых в общем случае нельзя свести к деформациям их более простых составляющих. Тем не менее при этом невозможно обойтись без решения важной начальной задачи — добиться понимания физических процессов, которые происходят при деформации одиночных монокристаллов и однофазных поликристаллов. [c.8]

При исследованиях процессов в зоне контактного взаимодействия твердых тел обычно встречаются с трудностями, связанными, с одной стороны, с противоречив выми данными исследований состояния поверхностей трения. К ним относятся результаты, показывающие неоднозначность влияния поверхностно-активной среды, типа кристаллической структуры, распределения плотности дислокаций и т. п. С другой стороны, эти сложности определяются отсутствием литературы, посвященной детальному сопоставлению различных методов исследования, их возможностей, преимуществ и недостатков при анализе поверхностей трения. Совершенно естественно, что в одной книге авторы не могли обсудить и решить все основополагающие вопросы трения и изнашивания, однако попытались привести и проанализировать наиболее важные и перспективные, по мнению авторов, направления анализа структуры и методы изучения поверхностных слоев металла, деформированного трением, и показать в этой связи некоторые специфические особенности. Так, представления о закономерностях структурных изменений при пластическом деформировании рассмотрены с новых позиций развития в объеме и поверхностных слоях материала деструкционного деформирования — накопления микроскопических повреждений в процессе деформирования. Большое внимание уделено диффузионным процессам при трении, как одному из факторов, доступному для управления поведением пар трения. До сих пор фактически нет данных о характере перераспределения легирующих элементов контактирующих материалов, которые кардинально изменяют свойства поверхностных слоев и, следова тельно, механизм контактного взаимодействия. Более того, вообще нет сведений о структурных изменениях в поверхностных, слоях толщиной 10" —10 м, определяющих в ряде случаев поведение твердых тел в процессе деформирования. В связи с этим описан специально разработанный метод анализа слоев металла указанной толщины, а также показана его перспективность при изучении поверхностей трения и, главное, при разработке комплексных критериев процесса трения для создания оптимальных условий на контакте, реализации явления избирательного переноса. [c.4]

Если при исследовании поведения твердого тела, обладающего свойством деформироваться пластически, можно пренебречь упругими деформациями, то в таком случае целесообразно использовать модель или идеальной жесткопластической среды (рис. 6.1, д), или жесткопластической среды с нелинейным (или линейным при да/де = onst) упрочнением (рис. 7.1, е). [c.147]

Таким образом, приведенные в настоящем параграфе данные свидетельствуют, что волновой характер деформации является достаточно общпм для пластического формоизменения твердых тел. Прп этом представляется, что наблюдаемые волновые структуры компонент поля пластической дисторсии р есть результат своеобразного коррелированного поведения элементарных актов пластической деформации, физика которых достаточно изучена как для кристаллических, так и для аморфных материалов. На базе экспериментальных данных можно сформулировать представления о природе волн пластичности как результата самоорганизации элементарных актов пластического течения. [c.64]

Механика твердого тела, будучи одной из глав общей механики, изучает движение реальных твердых тел. Различие между твердыми телами, с одной стороны, жидкостями — с другой, иногда кажется интуитивно ясным (нанример, сталь и вода), иногда отчетливую границу провести бывает трудно. Лед представляет собою твердое тело, однако ледники медленно сползают с гор в долины подобно жидкости. При прокатке раскаленного металлического листа между валками прокатного стана металл находится в состоянии пластического течения и термин твердое тело по отношению к нему носит довольно условный характер. Неясно также, следует ли отнести к жидким или твердым телам такие вещества, как вар, битум, консистентные смазки, морской и озерный ил и т. д. Поэтому дать определение того, что называется твердым телом затруднительно, да пожалуй и невозможно. В последние годы наблюдается определенная тенденция к аксиоматическому построению механики без всякой апелляции к интуиции и так называемому здравому смыслу . Таким образом, вводятся различные модели, иногда чисто гипотетические, иногда отражающие основные черты поведения тех или иных реальных тел и пренебрегающие второстепенными подробностями. Для таких моделей можно установить некоторый формальный принцип классификации, позволяющий отделить модели жидкостей от моделей твер1а.ых тел, но эта классификация отправляется от свойств уравнений, но не тел как таковых. Поэтому термин механика твердого тела будет относиться скорее к методу исследования, чем к его объекту. [c.16]

Двухвояновая структура возмущения соответствует упругопластическому поведению ЩГК, наблюдаемому в этих кристаллах в диапазоне до десятков килобар. Такая структура, содержащая упругий предвестник и ударную пластическую волну, характерна для поздних стадий взрыва ВБ в твердых телах, когда сверхзвуковая ударная волна, отделившись от стенки камеры, по мере развития теряет скорость и через некоторое время разделяется на упругую и пластическую. [c.57]

Поведение аморфных сплавов при деформации, как и кристаллических материалов, зависит от процессов, протекающих на микроуровне. Однако отсутствие дальнего порядка исключает протекание пластической деформации путем движения дислокаций, так как в структуре аморфных сплавов отсугствуют кристаллографические плоскости скольжения. В связи с этим для описания механизмов скольжения эффективны модели аморфных сплавов, предполагающие их поликластерное строение. В соответствии с этими моделями аморфные твердые тела образованы кластерами, имеющими произвольную форму и случайную упаковку, но сохраьгяющими достаточно большую общность. [c.128]

Как уже отмечалось, самоорганизация наблюдается во многих неравно-ветых системах различной природы. Вместе с тем сложные патерны поведения популяций дефектов в пластически деформируемых средах менее изучены, чем поведение стандартных физико-химических и биологических систем [189]. По мнению многих авторов [11, 16, 171], со временем идеи, развитые в современной теоретической физике, во многом будут способствовать пониманию сути явлений ПД и разрушения твердых тел, а также других процессов, изучаемых в материаловедении. [c.107]

Другим показательным примером автоволновой природы пластической деформации, поддающейся наблюдению на макроуровне, является эффект Портевина-Ле-Шателье (прерывистое течение). Он связан с нелинейностью поведения системы, проявляющейся в том, что твердое тело при деформации удлиняется не непрерывно, а внезапными скачками. Это делает кривую деформации пилообразной (рис. 83) при жестком нагружении и ступенчатой при мягком нагружении. Поскольку деформируемое твердое тело является открытой системой, нелинейность его поведения в макромасштабе наиболее отчетливо проявляется при переходе в [c.124]

Для того чтобы понять особенности механического поведения аморфных сплавов в этой области, рассмотрим поликластерную модель полосы скольжения, предложенную Бакаем [419]. Она основана на представлении аморфных твердых тел в виде ансамбля поликластеров. Предполагается, что границы кластеров обладают тем же атомным строением, что и слои скольжения. Однако в силу случайной ориентировки кластеров и их произвольной формы сквозная трансляционно-инвариантная межкластерная граница отсутствует. С другой стороны, сдвиг по поверхности, отвечающей однородным сдвиговым напряжениям, невозможен без разрывов связей по кластерным границам. Поэтому скольжение происходит вдоль тех участков кластерных границ, где касательные напряжения достигают критического уровня (при этом разрывы происходят в местах концентрации нормальных к границе растягивающих напряжений). Поэтому негомогенная пластическая деформация путем сдвига в случае аморфных сплавов (мезоуровень) в соответствии с моделью сопровождается микроразрушениями под действием нормальных напряжений (микроуровень). [c.299]

В твердом теле, т. е. в области давлений Р и температур Т, ограниченной линией плавления, деформации являются упруг ми или пластическими. Впрочем, в ряде сред наблюдаются сложные деформации типа вязкоупругих, упругопластических или вязкопла-стических. В областях жидкости, газа и нлазмы чаще всего дефо<р-мации носят вязкий характер. Система уравнений в частных производных, описывающих поведение сплошной среды, содержит три группы уравнений. К первой относятся законы сохранения массы, количества движения и энергии. Тензорный характер напряжений [c.11]

Упругопластический характер поведения металлов проявляется при расширении из ударно сжатого состояния. Поскольку вплоть до состояния плавления Опл на ударной волне свойства твердого тела отличны от свойства жидкости, в этой области напряжений П1 следует ожидать особенностей в его течении при разгрузке по сравнению с гидродинамическим приближением. Как описано в 1, равгрузка в рассматртаемой области происходит в две стадии. На первой из начального состояния на ударной адиабате до выхода на нижнюю предельную поверхность пластичности металл разгружается упругим образом, а последующая стадия разгрузки — пластическая. Отношение упругой скорости звука к пластической [c.196]

Эволюция дислокационной структуры в ходе пластического деформирования есть процесс динамического квазиравиовесня между кристаллической и дефектной фазами при непрерывном увеличении плотности дислокаций. Вихревой характер пластического течения обусловливает разбиение деформируемого кристалла на структурные элементы деформации. В этих условиях механика СПЛОП1НОЙ среды не способна адекватно описать поведение деформируемого кристалла. В последние годы академик С. А. Христиа-нович развивает принципиально новую механику деформируемого твердого тела [199]. [c.24]

Из этих оценок вытекает, что для достаточно мощ ых взрывов поведение любого упруго-пластического тела с трещинами приближается к идеально-хрупкому (когда пластическая зона пренебрежимо мала по сравнению с разрушенной). В частности, для достаточно мощных взрывов в любых твердых телах размер разрушенной области значительно превосходит размер образовавшейся каверны (размер каверны в момент непосредственно после взрыва завивит лишь от пластических свойств породы и определяется параметром g). Поэтому размер разрушенной зоны определяется параметром т]. [c.451]

По-видимому, заслуживает быть отмеченным и следующий факт. В книге большое внимание уделено результатам исследований ее автора, относящимся главным образом к феноменам мультимодульности, переходов второго и третьего порядка и т. п., т. е. к квантованию значений параметров, определяющих функции отклика как в упругой, так и пластической областях работы материала. Представляется, что при всей значимости отмеченных фактов в поведении твердых кристаллических тел и даже желательности чистого физического их объяснения на атомном уровне, автор все же отвел в книге их рассмотрению несколько большее место, чем то требовало соблюдение пропорций, являющихся одной из основных черт энциклопедий, в отличие от монографий. Пожалуй аналогичный упрек можно сделать и в отношении расстановки некоторых акцентов при сопоставлении научных результатов очень большого числа исследователей с результатами автора книги. [c.17]

Вдобавок к открытию существенной нелинейности при малых деформациях дерева, цементного раствора, штукатурки, кишок, тканей человеческого тела, мышц лягушки, костей, камня разных типов, резины, кожи, шелка, пробки и глины она была обнаружена при инфинитезимальных деформациях всех рассмотренных металлов. Явление упругого последействия при разгрузке в шелке, человеческих мышцах и металлах температурное последействие в металлах появление остаточной микродеформации в металлах при очень малых полных деформациях явление кратковременной и длительной ползучести в металлах изменение значений модулей упругости при различных значениях остаточной деформации связь между намагничиванием, остаточной деформацией, электрическим сопротивлением, температурой и постоянными упругости влияние на деформационное поведение анизотропии, неоднородности и предшествующей истории температур факторы, влияющие на внутреннее трение и характеристики затухания колебаний твердого тела явление деформационной неустойчивости, известное сейчас, после работы 1923 г., как эффект Портвена — Ле Шателье, и, наконец, существенные особенности пластических свойств металлов, обнаруженные в экспериментах, в том числе явление при кратковременном нагружении,— все эти свойства, отраженные в определяющих соотношениях, были предметом широкого и часто результативного экспериментирования, имевшего место до 1850 г. [c.39]

Нестабильность материала в виде переменности отношений компонентов приращений в ступеньках Савара — Массона и переходов второго порядка наблюдалась в отношении обоих факторов при сложном нагружении для полностью отожженного алюминия, диаграмма нагружения которого задана уравнениями (4.78) на основании деформационной теории, и при сложном нагружении образцов из полностью отожженных меди и алюминия в том случае, когда экспериментальные результаты хорошо согласуются с предсказываемыми на основании модифицированных уравнений состояния теории течения, также основанных на уравнениях (4.74) и (4.75). Появление подобной нестабильности при простом нагружении и к тому же наблюдения Эриса Филлипса за поведением алюминиевых образцов (Phillips [1957, 1], [1960, 1]), (Phillips and Gray [1961, 1]), приведенные в разделе 4.33, подчеркивают необходимость более подробных исследований нестабильности в твердых телах i). Таким образом, я рассматриваю эту независимость компонентов деформации, которая зачастую имеет место в ступенях Савара — Массона, как дающую важный ключ к пониманию природы местной неоднородности деформаций, которая по опытным данным сопровождает большие пластические деформации в отожженных кристаллах (см. раздел 4.32). [c.354]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...