Введение к работе
В технике, в быту, других отраслях деятельности людей постоянно приходится встречаться с разрушением. По исчерпании ресурса или вследствие чрезмерных внешних нагрузок разрушаются машины и механизмы, конструкции и сооружения, детали приборов и сами приборы, а также аппараты различного назначения. Разрушаются горные массивы, памятники истории Земли и истории цивилизации, памятники искусства и.т.д. - это перечисление можно продолжить. Отметим только, что часто разрушение служит и на пользу деятельности человека - оно составляет основу процессов дробления и измельчения, резания и шлифования и целого ряда других технологических процессов.
Причинами разрушения серьезно интересовались Г.Галилей,
Ш.Кулон, Л.Эйлер, многие видные ученые прошлого века, когда
инженерная практика впервые столкнулась с потерей устойчивости
равновесия стержней и пластин и с явлением усталостного
разрушения. Многообразие форм и сложность мшсропрнроды
разрушения проявляются, кроме всего прочего, в том, что, как правило, решение каких-либо вопросов или проблем в этой области порождает новые проблемы. Так, несколько полученных в начале нашего столетня принципиальных результатов породили ряд вопросов, в попытках дать ответы на которые в 40-е и 50-е годы были выполнены десятки исследований. Они стимулировали в свою очередь сотни новых работ, а далее поток исследований в этой области стал расти, как снежный ком, и дапеко не иссяк к настоящему времени. Не только потому, что не удалось решить все основные из возникших в свое время вопросов, но и потому, что эти вопросы породили (и порождают с развитием познаний) множество новых вопросов. Например, уже к начату 60-х годов стало несомненным, что даже хрупкое разрушение твердого тела не является внезапно ' наступившим мгновенным актом, а "подготавливается" подходящими изменениями его микроструктуры в ходе предшествующей разрушению деформации. Однако каковы эти "микроповреждения" материала тела, можно сказать далеко не всегда. И еще труднее, часто невозможно, обоснованно ответить на вопрос о том, как из микроповреждений образуются трещины и как последние достигают критического размера (размера, при котором возможен спонтанный рост трещины).
Цель работы и ее актуальность. Основної! задачей работы является построение и анализ физически обоснованных моделей возникновения и докритического роста трещин в металлических телах. Так, в отличие, например, от полимеров в металлах начальные микроповреждения всегда представляют собой микропоры и микрополости, т.е. микроразрывы, не закрывающиеся с разгрузкой тела. В условиях "холодной" пластической деформации эти микропоры имеют шелевидную форму, и чаще всего транскристаллитны (располагаются внутри зерен), в то время как при высокотемпературной ползучести микропоры имеют обычно округлую форму и лежат на границах зерен. Это всегда показывает эксперимент, но причины различия низко- и высокотемпературной ситуации удается понять только при помощи термодинамики необратимых процессов. Возможно, более полное использование последней в этих целях - тоже одна из основных задач данной работы. Поскольку достаточно глубокое проникновение в причины указанных экспериментальных фактов -очевидно, необходимый этап для понимания механизма перехода от микроповреждений к макроразрушению тела, актуальность задач работы вряд ли требует особого обоснования.
Научная новизна. В работе построены новые механические модели концевой зоны трещины, на основе которых получены новые результаты. Так, удалось объяснить причины скачкообразности докритического роста трещины. Термодинамика необратимых процессов в работе строится по схеме, характерної! для голландско-бельгийской школы, но с использованием более общего и точного "фундаментального уравнения", учитывающего возможность равновесия кристаллического тела в отличающемся от гидростатического состояния "поле напряжения. Это позволило обобщить баланс энтропии и на этой основе построить новые уравнения диффузии, относительно простые и, вместе с тем. учитывающие конечную скорость распространения диффузионных потоков. При помощи асимптотических методов для коэффициента интенсивности напряжений построен главный член асимптотики, учитывающий влияние неоднородного включения или поры. Па основе баланса энергии и полученного разложения для
коэффициента интенсивности напряжений выведены уравнения для докритического подрастания трещины.
Научная и практическая ценность. Научная ценность работы определяется созданием новых механических моделей, позволяющих решать новые типы задач. В частности, как уже отмечаюсь, в работе на основе термодинамики выводятся уравнения диффузии, показывается зависимость коэффициента диффузии от тензора напряжения, вычисляется асимптотика коэффициента интенсивности напряжений в вершине трещины, находятся инкубационные периоды развития трещины при заданном характере нагружения в зависимости от значения параметров, предложены уравнения докритического роста трещины и образования микротрещнн и микропор.
Разработанные методы были использованы в алгоритмах экспертных систем оценки фактического состояния прочности конструкции, сроков и объемов контроля и сроков и объемов замен.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы
докладывались на III Всесоюзной конференции по нелинейной
теории упругости (Сыктывкар, 1989), Международном симпозиуме
Евромех-291 "Микро- и макроразрушения" (Санкт-Петербург,
1992), Международном Конгрессе по разрушению (Хайфа, Израиль
1993), конференциях "Моделирование и исследование
устойчивости систем" (Киев, 1994, 1995, 1996), Международной конференции по судостроению (Санкт-Петербург, 1994), на 1-ом семинаре "Неклассические проблемы теории упругости и механики рафушения", (Москва, 1995), IX конференции по прочности и пластичности, (Москва, 1996), на научных семинарах по теории упругости в Санкт-Петербургском университете (руководитель-член-корреспондент РАН Н.Ф.Морозов 1994, 1996) и в Институте Проблем, Механики (руководитель - профессор Р. В. Гольдштейн, Москва, 1995).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 38 рисунков, 2 таблицы. Список литературы включает в себя 206
наименований. Общий объем диссертации машинописного текста.
227 страниц;