Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших проблем, существующих в материаловедении является развитие процесса разрушения материала под действием внешних деформирующих сил. Исследование данного вопроса длительный период проводилось на основе статистической обработки экспериментальных данных с позиций чисто механистических посредством решения определенного набора соответствующих уравнений, характеризующих процесс разрушения. С позиций физики с процессом разрушения прежде всего связаны разрывы межатомных связей в структуре материала. В то же время с разрушением связан целый комплекс процессов, протекающих в материале, включающих зарождение, размножение и движение дислокаций и дислокационных скоплений, возникновение субструктур и их разориентацию, возникновение микропор, микротрещин, развитие и рост микротрещин в одну сквозную трещину, приводящую в конечном итоге к разрушению. Известно, что процесс разрушения зарождается в локальных областях кристалла именно на атомном уровне как результат локализации при определенных, порой случайных, условиях энергии деформации. Поэтому важно разобраться, получить определенный набор представлений об особенностях структурно-энергетической трансформации, происходящей в материале на микроскопическом, атомном уровне, приводящей в конечном итоге к разрушению. Ряд подобных процессов очевидно происходит с высокими скоростями, поэтому их трудно исследовать экспериментально. Применение методов компьютерного моделирования, компьютерного эксперимента является актуальной задачей исследования проблемы разрушения.
Целью работы является исследование особенностей разрушения кристалла твердого Аг методом компьютерного моделирования. Исследуются особенности и стадии перестройки структуры материала, предшествующие разрушению при наличии внешнего растягивающего напряжения и комбинации растягивающего напряжения и напряжения сдвига в случае первоначально бездефектного кристалла; особенности процесса разрушения кристалла в зависимости от наличия и размера вводимой в структуру трещины-инициатора.
Научная новизна. Впервые выделены пять стадий, которые проходит кристалл твердого Аг, подвергнутый деформирующему растягивающему напряжению от стадии развитой пластической деформации до разрушения. В зависимости от соотношения в величинах деформаций растяжения и сдвига показаны изменения, имеющие место в стадиях структурной перестройки материала и форме трещины, приводящей к полному разрушению: от
зигзагообразной (в случае растяжения) к ступенчатой (при деформации сдвига). Введение в структуру кристалла трещины-инициатора снижает уровень растягивающего напряжения, приводящего к разрушению пропорционально длине трещины-инициатора. Процесс разрушения исследован на атомном уровне с применением таких параметров, как карта распределения локальной плотности потенциальной энергии, функции распределения атомных смещений, радиальной функции распределения атомов, контуров изоэнергетических поверхностей.
Практическая и научная ценность. Полученные результаты расширяют представление о характере структурно-энергетических преобразований, протекающих в кристалле под действием внешней нагрузки на стадиях от развитой пластической деформации до разрушения. Результаты могут быть использованы как составляющие в переходе от микроскопики к мезоуровню при построении общей теории разрушения. Полученные результаты могут оказать помощь в реальном эксперименте, позволяющие выявить обнаруженные стадии и особенности процесса разрушения. Кроме того, наличие системы визуализаторов процесса позволяет использовать методику компьютерного эксперимента в учебном процессе, в частности, в практикуме по материаловедению. Представленные результаты могут быть полезны научным работникам, занимающимся подобными вопросами (ТГАСУ, ИФПиМ (Томск); ИПСМ РАН (Уфа); ЦНИИ Чермет (Москва); ИФТИ РАН (Санкт-Петербург)).
Защищаемые положения:
1. Стадийность структурно-энергетической перестройки кристалла твердого Аг
от области развитой пластической деформации до разрушения.
2. Изменения в структурно-энергетической перестройке кристалла в
. зависимости от комбинационного соотношения растягивающего и
сдвигового напряжений.
-
Влияние длины трещины-инициатора на характер разрушения кристалла твердого Аг.
-
Во всех случаях компьютерного эксперимента характер разрушения твердого Аг относится к категории вязкого разрушения.
Апробация работы. Основные результаты ' работы доложены на международных и российских конференциях: IV международной школе-семинаре "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", Барнаул (1998); the 5th IUMRS International Conference in Asia, Бангалор, Индия (1998); the 5th IUMRS International Conference on Advanced Materials, Пекин,
Китай, (1999); Международная научно-техническая конференция «Композиты-в народное хозяйство России» Барнаул, (1999).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10. печатных работ.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 177 наименований.
