Файл: Механика деформируемого твердого тела.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.04.2021

Просмотров: 936

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

Основы

 

физики

 

прочности

ф

р

„

Прочностью

называется

 

способность

 

элементов

 

конструкций

 

сопротивляться

 

внешним

 

нагрузкам

 

и

таким

 

образом

функционировать

 

в

 

требуемом

 

режиме

 

достаточно

 

продолжительное

 

время

Р

й

б

„

Разрушение

 

потеря

 

прочности

 

элементов

 –

выход

 

по

 

какой

-

либо

 

причине

 

из

 

эксплуатационного

 

режима

„

По

 

характеру

 

различаются

 

следующие

 

четыре

 

типа

 

разрушения

:

9

разрушение

 

при

 

упругой

 

деформации

;

9

разрушение

 

при

 

пластической

 

деформации

;

9

разрыв

 (

разделение

 

на

 

части

);

9

изменение

 

свойств

 

материала

 (

металлургическое

 

или

 

химическое

).

„

Причина

 

разрушения

 

характеризуется

:

р

р ру

р

р у

9

видом

 

нагрузки

 (

установившаяся

неустановившаяся

циклическая

);

9

длительностью

 

процесса

 (

малая

средняя

продолжительная

);

9

температурой

 (

низкая

средняя

повышенная

).

„

По месту разрушения могут быть объемные и поверхностные

„

По

 

месту

 

разрушения

 

могут

 

быть

 

объемные

 

и

 

поверхностные

.

„

К

 

примеру

пластическое

 

течение

 –

это

 

объемное

 

разрушение

 

под

 

действием

 

установившейся

 

нагрузки

 

при

 

комнатной

 

температуре

 

в

 

условиях

 

пластической

 

деформации

Другой

 

пример

 –

многоцикловая

 

усталость

 –

это

 

объемное

 

разрушение

 

при

 

упругой

 

деформации

 

под

 

действием

 

циклической

 

нагрузки

 

в

 

течение

 

М

й

продолжительного

 

времени

Малоцикловая

 

усталость

 

отличается

 

от

 

многоцикловой

 

только

 

средней

 

продолжительностью

 

процесса

Коррозия

 –

это

 

поверхностное

 

разрушение

 

под

 

действием

 

установившейся

 

нагрузки

 

при

 

нормальной

 

температуре

вызванное

 

электрохимическим

 

изменением

 

свойств

 

материала


background image

Дефекты

 

кристаллической

 

структуры

„

Разделяют

 

два

 

типа

 

дефектов

 –

точечные

 

дефекты

 

и

 

дислокации

„

К

 

точечным

 

дефектам

относятся

 

вакансии

когда

 

в

 

д ф

,

д

регулярной

 

атомной

 

решетки

 

по

 

какой

 

либо

 

причине

 

теряется

 

один

 

из

 

атомов

а

 

также

 

примесные

 

атомы

когда

наоборот

из

-

за

 

внешних

 

воздействий

 

появляется

 

лишний

 

атом

Д

б

Точечные

 

дефекты

 

„

Дислокации

бывают

 

краевые

 

и

 

винтовые

.

Идеальный

 

кристалл

 

и

 

краевая

 

дислокация

 

Винтовая

 

дислокация

 

„

Краевые

 

дислокации

возникают

 

из

-

за

 

обрыва

 

атомных

 

плоскостей

Исчезновение

 

части

 

некоторой

 

атомной

 

плоскости

 

приводит

 

к

 

тому

что

 

атомы

 

смежных

 

с

 

нею

 

плоскостей

 

сближаются

Образуется

 

нерегулярная

 (

дефектная

структура

Вектор

 

относительного

 

р

р

смещения

 

атомов

 

в

 

физике

 

прочности

 

называется

 

вектором

 

Бюргерса

Для

 

краевой

 

дислокации

 

этот

 

вектор

 

перпендикулярен

 

атомным

 

плоскостям

 

идеальной

 

решетки

.

„

Винтовые

 

дислокации

образуются

 

за

 

счет

 

антиплоского

 

сдвига

 

соседних

 

атомных

 

плоскостей

В

 

случае

 

винтовой

 

дислокации

 

вектор

 

Бюргерса

  

параллелен

 

атомным

 

плоскостям и направлен вдоль линейной цепочки атомов

плоскостям

 

и

 

направлен

 

вдоль

 

линейной

 

цепочки

 

атомов

.


background image

Перемещения

 

дислокаций

„

При

 

деформации

 

кристалла

 

дислокации

 

могут

 

перемещаться

Типичная

 

схема

 

продвижения дислокации за счет вакансии

продвижения

 

дислокации

 

за

 

счет

 

вакансии

которая

 

образуется

 

на

 

границе

 

кристалла

приведена

 

на

 

рисунке

 

вверху

Соседние

 

дислокации

 

разного

 

знака

у

 

которых

 

векторы Бюргерса равны по модулю и

векторы

 

Бюргерса

 

равны

 

по

 

модулю

 

и

 

противоположны

 

по

 

направлению

могут

 

взаимно

 

уничтожать

 

друг

 

друга

 (

см

рисунок

 

внизу

). 

В

 

результате

 

происходит

 

самоупорядочение

 

дефектной

 

структуры

 

с

 

б

Перемещение

 

дислокации

образованием

 

идеального

 

кристалла

.

„

Может

 

происходить

 

также

 

объединение

 

дислокаций

 (

как

 

краевых

так

 

и

 

винтовых

с

 

последующим

 

их

 

объединением

При

 

объединении

 

одноименных

 

дислокаций

 

с

 

параллельными

 

векторами

 

Бюргерса

 

образуется

 

дислокация

 

с

 

суммарным

 

вектором Так происходит зарождение

вектором

Так

 

происходит

 

зарождение

 

трещин

 

в

 

твердых

 

деформируемых

 

телах

Уничтожение

 

дислокаций


background image

Винтовая

 

дислокация

„

Сингулярное

 

решение

 

уравнений

 

линейной

 

теории

 

упругости

относящееся

 

к

 

случаю

 

винтовой

 

дислокации

строится

 

с

 

помощью

 

уравнений

 

антиплоской

 

деформации

при

 

которой

 

материальные

 

точки

 

тела

 

перемещаются

 

на

 

величину

           

в

 

Об

)

,

(

y

x

u

xy

направлении

перпендикулярном

 

плоскости

    . 

Общее

 

решение

описывающее

 

антиплоскую

 

деформацию

строится

 

с

 

помощью

 

аналитической

 

функции

        

комплексной

 

переменной

             . 

Формулы

 

для

 

определения

    

и

 

отличных

 

от

 

нуля

 

касательных

 

напряжений

     

и

     , 

действующих

 

на

 

)

,

(

y

xy

)

(

z

ϕ

iy

x

z

+

=

u

x

τ

y

τ

у

р

,

д

у щ

координатных

 

площадках

 

в

 

направлении

 

перемещения

имеют

 

вид

y

).

(

'

),

(

Re

1

z

i

z

u

y

x

ϕ

τ

τ

ϕ

μ

=

=

ϑ

ϕ

=

|

|

ln

ln

)

(

z

iA

z

iA

z

μ

A

„

Полагая

где

модуль сдвига

действительная константа

(5.1)

Труба

 

с

 

разрезом

ϑ

ϕ

|

|

ln

ln

)

(

z

iA

z

iA

z

μ

A

z

arg

=

ϑ

μ

ϑ

A

u

=

„

Полагая

                                      , 

где

     

модуль

 

сдвига

,    

действительная

 

константа

а

              , 

получим

                . 

При

 

положительном

 

обходе

 

вокруг

 

точки

      

перемещение

 

получает

 

приращение

равное

 

вектору

 

Бюргерса

 –

относительному

 

смещению

 

берегов

 

разреза

 

вдоль

 

полуоси

        . 

Следовательно

,                     .

„

Справедливо

 

соотношение

)

2

(

π

μ

b

A

=

0

=

z

0

x

x

b

y

b

=

=

μ

τ

μ

τ

„

В

 

точке

        (

на

 

оси

 

дислокации

касательные

 

напряжения

 

имеют

 

неинтегрируемую

 

особенность

В

 

то

 

же

 

время

 

они

 

непрерывны

 

всюду

 

за

 

исключением

 

этой

 

точки

Напряжение

которое

 

действует

 

на

 

окружности

 

радиуса

 

оказывается

 

равным

 

нулю

.

.

2

,

2

2

2

2

2

y

x

y

x

y

x

+

=

+

=

π

τ

π

τ

0

=

z

ƒ

Полученное

 

решение

 

описывает

 

напряженно

деформированное

 

состояние

 

бесконечно

 

длинной

 

свободной

 

от

 

напряжений

 

толстостенной

 

трубы

которая

 

была

 

разрезана

 

по

 

образующей

 

и

 

после

 

смещения

 

берегов

 

разреза

 

на

 

величину

   

склеена

 

без

 

каких

-

либо

 

дефектов

b


background image

Линейная

 

теория

 

разрушений

„

Основная

 

задача

 

линейной

 

механики

 

разрушений

 

состоит

 

в

 

изучении

 

поведения

 

трещины

 

в

 

упругом

 

теле

к

 

которому

 

приложена

 

заданная

 

система

 

сил

В

 

зависимости

 

от

 

уровня

 

возникающих

 

при

 

этом

 

напряжений

 

трещина

 

может

 

находиться в состоянии устойчивого равновесия

,

а может лавинообразно расти

,

что

находиться

 

в

 

состоянии

 

устойчивого

 

равновесия

а

 

может

 

лавинообразно

 

расти

что

 

приводит

 

к

 

разделению

 

тела

 

на

 

части

.  

„

Рассмотрим

 

сначала

 

несколько

 

точных

 

решений

 

задач

 

теории

 

упругости

 

для

 

бесконечного

 

упругого

 

пространства

 

с

 

линейной

 

трещиной

Первое

 

из

 

них

 

строится

 

на

 

основе

 

комплексного

 

представления

 (5.1) 

общего

 

решения

 

задачи

 

об

 

антиплоской

 

ф

П

деформации

Пусть

„

В

 

этом

 

случае

 

перемещение

.

2

cos

2

sin

)

(

=

=

ϑ

ϑ

ϕ

i

r

A

z

iA

z

2

sin

ϑ

μ

r

A

u

=

представляет

 

собой

 

разрывную

 

функцию

 

при

         . 

Решение

 

описывает

 

напряженно

деформированное

 

состояние

 

вокруг

 

линейной

 

трещины

проходящей

 

вдоль

 

полуоси

   

с

 

поперечным

 

сдвигом

 

берегов

 

по

 

закону

                        

ƒ

Напряжения

 

можно

 

найти

 

из

 

уравнения

 

π

ϑ

=

0

<

x

π

π

δ

r

A

r

u

2

)

,

(

2

=

=

.

2

)

(

'

y

x

i

iA

z

τ

τ

ϕ

=

=

„

Обычно

 

вместо

 

константы

     

вводится

                      , 

так

 

называемый

 

коэффициент

 

интенсивности

 

напряжений

с

 

помощью

 

которого

 

решение

 

представляется

 

в

 

форме

2

y

z

A

2

π

A

K

III

=

ϑ

τ

ϑ

τ

r

K

u

K

K

III

III

III

2

cos

sin

=

=

=

π

μ

π

τ

π

τ

u

r

r

y

x

,

2

cos

2

,

2

sin

2

=

=

=