Медленные периодические процессы при сжатии образцов горных пород и щелочно-галоидных кристаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

005002194

На правах рукописи

/у

Надежкин Михаил Владимирович

МЕДЛЕННЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СЖАТИИ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД И ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

1 7 НОЯ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск 2011

005002194

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт 4» зики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН и ФГБО' ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный универа тет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, доцент

Баранникова Светлана Александровна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Арефьев Константин Петрович

доктор технических наук, профессор Целлермаер Владимир Яковлевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт горного дела СО РАН 630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54

Защита состоится 7 декабря 2011 г. в 14 ч 00 мин на заседании совета п« защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.02 при ФГБОУ ВП( «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» ш адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотек! ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнически] университет» по адресу: 634050, г. Томск, ул. Белинского, 53.

Автореферат разослан 2 ноября 2011 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций доктор физико-математических наук, профессор

Коровкин М.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Необходимость исследований поведения горных пород при нагружении продиктована широким спектром теоретических и практических задач, возникающих при геомеханическом анализе состояния подработанного массива. В геомеханике требуется знание не только механических свойств горных пород, но и особенностей их деформации, которые могут быть использованы для оценки напряженного состояния и разрушения (Е.И. Шемякин, C.B. Гольдин, H.A. Цытович, В.М. Жигалкин). При этом следует признать, что закономерности деформирования и разрушения горных пород изучены далеко не в полной мере.

Определяющие эти закономерности вопросы взаимодействия дефектов кристаллической структуры с полями различной природы (силовыми, радиационными, электрическими, магнитными) являются предметом современной физики конденсированного состояния (A.A. Воробьев, Е.К. Заеадовская, И.Я. Мелик-Гайказян, A.A. Урусовская, В.И. Алыииц, Л.Б. Зуев, Ю.И. Головин). Анализ основных направлений исследований и существующих подходов к проблеме деформации твердых дел показывает, что идеи о неоднородности и локализации фактически присущи физической теории пластичности и прочности во всех ее вариантах. Локализация пластической деформации проявляется на всех масштабных и структурных уровнях процесса в виде полос и пачек скольжения, дислокационных субструктур (ячейки, полосовые структуры, фрагменты), фронтов пластической деформации, полос сброса, пространственно-временных осцилляции пластической деформации и т.п.

В ИФПМ СО РАН при использовании метода спекл-фотографии установлены главные закономерности процессов макроскопической локализации деформации твердых тел при нагружении. В большинстве случаев картины распределения зон локализации деформации упорядочены в пространстве и во времени, а тип локализации определяется законом пластического течения (деформационной диаграммой материала). В настоящее время предложена автоволновая модель формирования упорядоченных макромасштабных картин локализации в металлах (Л.Б. Зуев). Однако в выполненных ранее работах проблема макроскопической локализации пластической деформации изучалась главным образом на металлических ГЦК, ОЦК и ГПУ моно- и поликристаллах при растяжении. Поэтому всегда остается возможность альтернативного объяснения указанных особенностей эволюции макролокализации деформации. В связи с этим для прямого экспериментального подтверждения автоволновой природы пластического течения актуальными являются исследования макролокализации деформации в щелочно-гапоидных кристаллах, на которых традиционно изучаются механизмы пластического течения (Дж.Д. Гилман, В.З. Бенгус, Б.И. Смирное). Это обусловило интерес к иссле-

дованиям деформационного поведения пластичных щелочно-галоидных кристаллов, поскольку их механические свойства и структура подробно изучены. В то же время важна информация о характере деформирования горных пород в зависимости от действующих в массиве напряжений и от накопленных неупругих деформаций. Это обстоятельство обусловило интерес к исследованиям характера неоднородности деформации квазипластичных горных пород.

Цель настоящей работы состоит в развитии автоволновой модели локализации деформации для описания деформационных процессов в горных породах и щелочно-галоидных кристаллах.

Для достижения цели необходимо решить следующие частные задачи:

1. Исследовать картины локализации деформации и установить их количественные характеристики при сжатии образцов горных пород, в частности:

- сильвинита (ЫаС1 + КС1), деформирующегося дислокационным скольжением,

- мрамора (СаСОз), деформирующегося двойникованием,

- песчаника (8Ю2), деформирующегося за счет зернограничных процессов, используя автоматические системы анализа спекл-фотографий и электронных спекл-изображений.

2. Исследовать пространственные распределения компонент тензора пластической дисторсии в щелочно-галоидных кристаллах (ЫаС1, КС1,1лР) и установить взаимосвязь картин распределений локальных деформаций (спекл-фотография) и двулучепреломления (фотоупругость) со стадийностью их кривых упрочнения.

3. Определить параметры пространственно-временных распределений компонент тензора дисторсии в процессе нагружения сжатием исследуемых горных пород и щелочно-галоидных кристаллов.

4. Установить общность или различие автоволновых характеристик эволюции макролокализации пластического течения в щелочно-галоидных кристаллах с данными, полученными ранее для ГЦК металлических монокристаллов.

Научная новизна результатов состоит в том, что

- исследованы картины макроскопической локализации деформации при сжатии горных пород (песчаника, мрамора и сильвинита), а также щелочно-галоидных кристаллов (УР, ЫаС1, КС1), которые были главными экспериментальными объектами при создании физической теории пластичности, и определены основные типы и параметры локализации деформации горных пород и щелочно-галоидных кристаллов методом двухэкспозиционной спекл-фотографии и электронных спекл-изображений;

- установлен автоволновой характер локализации деформации при сжатии неметаллических материалов — горных пород (песчаника, мрамора и

сильвинита), а также щелочно-галоидных кристаллов. Скорости очагов локализации деформации на линейных стадиях в щелочно-галоидных кристаллах и горных породах (сильвините) удовлетворяют универсальной обратно пропорциональной зависимости скоростей движения автоволн локализованной деформации от 9/G на стадии линейного упрочнения, которая была получена ранее для металлических ГЦК, ОЦК и ГПУ моно- и поликристаллов, для которых механизмом пластической деформации, как и для щелочно-галоидных кристаллов, является дислокационное скольжение;

- в лабораторных условиях наблюдалось распространение автоволн локализованной деформации в образцах из горных пород со скоростями, близкими к наблюдаемым в горных пластах после землетрясений и горных ударов так называемым «медленным движениям» (~1СГ -10 м/с = 1-10 км/год);

- установлено однозначное соответствие картин локализации пластического течения и двулучепреломления при сжатии щелочно-галоидных кристаллов, доказывающее, что зоны локализованной пластической деформации представляют собой совокупность сдвигов по плоскостям скольжения кристаллов;

- установлено существование инвариантного для упругой и пластической деформаций щелочно-галоидных кристаллов произведения макроскопических параметров локализации пластического течения (X. — длина волны, Kw — скорость распространения) и микроскопических параметров кристаллической решетки деформируемых твердых тел (b — модуль вектора Бюр-герса, V± — скорость упругих поперечных волн).

Научная ценность работы заключается в том, что комплексное исследование локализации деформации сжатия горных пород (сильвинита, мрамора и песчаника) и щелочно-галоидных кристаллов подтвердило справедливость об обнаружении нового типа волн, связанных с процессами самоорганизации в деформируемых средах и возникающих при квазистатической деформации. Ранее такие волны уже наблюдались в металлических материалах, и с учетом новых данных автоволновой характер деформации приобретает универсальный смысл для деформационных процессов твердых тел. Полученные в работе данные о макроскопической локализации деформации показали, что динамика процессов деформации в щелочно-галоидных кристаллах и в горной породе, состоящей из кристаллов с ионной связью, не отличается принципиально от динамики таких процессов в металлических материалах. Обнаружение медленных волновых процессов пластически деформируемых соляных горных пород и ионных кристаллов должно учитываться при интерпретации геологических явлений: формировании сбросов, разломов, складок и т.п.

Практическая значимость работы. Результаты о развитии деформации пород и локализации деформации в них были использованы ООО «Проект-гидроуголь-Н» при выполнении расчетов горного давления для выбора оптимальных вариантов крепления горных выработок в условиях ОАО «Шахта им. Ф.Э. Дзержинского» ОАО УК «Прокопьевскуголь». Закономерности локализации деформации горных пород (мрамора, песчаника и сильвинита) и щелочно-галоидных кристаллов (KCl, NaCl и LiF) реализованы в научной деятельности: при установлении механизмов пластической деформации и разрушения твердых тел в научной лаборатории «Физические основы прочности и пластичности» Тамбовского государственного университета; при исследовании поведения конструкций при сложных комплексных воздействиях различной природы (силовые, климатические, технологические) для разработки новых железобетонных и каменных конструкций зданий и сооружений в Томском государственном архитектурно-строительном университете. Экспериментальная установка, опробованная в работе, внедрена в учебный процесс Томского государственного университета и используется студентами физико-технического факультета при изучении курсов «Основы физики прочности» и «Экспериментальная механика». Результаты работы, полученные с участием автора, использованы в 2010 году для аттестации установки ALMEG-TV, разработанной и изготовленной в ИФПМ СО РАН по программе «Импортозамещение» СО РАН для Института физико-технических проблем Севера СО РАН (г. Якутск), а также могут быть применены при разработке механо-физических основ разрушения горных пород и новых конструкций высокоэффективных породоразрушающих инструментов для горнодобывающей промышленности Крайнего Севера в Институте физико-технических проблем Севера СО РАН.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Картины локализации пластической деформации при сжатии горных пород (песчаника, мрамора и сильвинита) и щелочно-галоидных кристаллов имеют автоволновой характер.

2. При одноосном сжатии образцов из горных пород в лабораторных условиях генерируются автоволны локализованной деформации, соответствующие «медленным движениям», наблюдавшимся ранее только в естественных условиях после землетрясений и горных ударов.

3. Зоны локализации пластической деформации в щелочно-галоидных кристаллах представляют собой пачки сдвигов по плоскостям скольжения кристаллов. Автоволновые картины локализованного пластического течения и их количественные характеристики определяются сменой стадий процесса деформации щелочно-галоидных кристаллов при сжатии.

Достоверность полученных результатов обеспечивается комплексным подходом к решению поставленных задач и использованием апробированных

методов и методик исследования, применением статистических методов обработки экспериментальных результатов, анализом литературных данных и согласованием полученных результатов с данными других авторов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (Владивосток, 2006); XIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ'2007» (Томск, 2007); Ш-У1 Всероссийских конференциях молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2007-2010); V конференции молодых ученых СО РАН, посвященной М.А. Лаврентьеву (Новосибирск, 2007); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения» (Томск, 2008); 48 Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Тольятти, 2009); Международной научно-практической конференции «Инженерия поверхностного слоя деталей машин» (Кемерово, 2009); XIX Петербургских чтениях по проблемам прочности (Санкт-Петербург, 2010); Всероссийской конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (Екатеринбург, 2010); V Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» (Екатеринбург, 2011), а также на семинаре лабораторий Института горного дела СО РАН.

Работа выполнена в рамках комплексного проекта Сибирского отделения РАН № 01.2.007 04645 «Экспериментальная и теоретическая разработка автоволновой модели локализованной пластической деформации структурно-неоднородных материалов на мезо- и макромасштабных уровнях и ее приложений к определению критических состояний и оценке прочности, износостойкости и долговечности материалов и конструкций» (2007-2009 гг.) и проекта программы фундаментальных исследований Президиума РАН №11.21 «Разработка модели пластического течения тел со структурой на основе многоуровневого подхода и данных о макро- и микроскопических механизмах деформации и разрушения» (2009-2011 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 18-ти печатных работах, в том числе в 4-х статьях в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора состоит в участии в постановке задач исследования, планировании и выполнении экспериментов, в анализе результатов экспериментальных исследований. Все результаты, представленные в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа общим объемом 224 страницы состоит из введения, 4 глав, основных результатов и выводов, приложения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 96 рисунков, 11 таблиц, библиографический список включает 213 наименований.

g

Основное содержание работы

Во Введении обоснована актуальность, научная новизна результатов и практическая значимость работы, определена цель исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Представлена структура диссертации.

Первая глава «Основные понятия о локализации деформации» имеет обзорный характер: в ней рассмотрены основные экспериментальные и теоретические работы, посвященные основным закономерностям деформирования горных пород, механизмам и кристаллографическим особенностям пластической деформации щелочно-галоидных кристаллов. Приводятся результаты исследований сотрудников лаборатории физики прочности ИФПМ СО РАН об эволюции картин макролокализации деформации, определяющейся стадийностью деформационных кривых. В этих условиях важно установить наличие и связь между видом картин макролокализации деформации и особенностями деформационных кривых при сжатии в неметаллических материалах. В конце первой главы на основе проведенного анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава «Материалы и методики исследований» содержит описание использованных методов и обоснование выбора материалов исследования. В соответствии с поставленными задачами в работе проведены механические испытания образцов при комнатной температуре по схеме одноосного сжатия на универсальных машинах Instron-1185 и LFM-125 (фирма Walter + Bai AG). Установки были дополнены автоматизированным лазерным измерительным комплексом для анализа спекл-фотографий и электронных спекл-изображений при изучении эволюции макролокализации деформации, а также поляризационно-оптическим методом анализа напряжений.

Комплексные исследования характера неоднородности деформации выполнены на образцах песчаника (Si02), мрамора (СаС03) и пестрого сильвинита (агломерат ГЦК-кристаллов NaCl + KCl с размером кристаллитов 14 мм). В работе также использованы щелочно-галоидные кристаллы NaCl, KCl и LiF, выращенные методом Киропулоса, с пределом текучести при сжатии стт = 1.7 ±0.6 МПа и деформацией при разрушении 5 = 9 ± 0.8 % для NaCl, для кристаллов KCl стт = 7.4 ± 0.6 МПа, 5 = 18 ± 0.7 % и соответственно для LiF ат = 4.5 ± 1.3 МПа, 5 = 22.7 ± 0.4 %. Образцы песчаника, мрамора и сильвинита размерами 25 х 12 х 10 мм сжимались вдоль длинной оси образца (ось дг) на испытательной машине при скорости перемещения подвижного захвата 1.7-10"6 м/с. Образцы щелочно-галоидных кристаллов размерами 30 х 20 х 15 мм (NaCl, KCl и LiF) выкалывались из монокристаллических буль по плоскостям спайности {100} и деформировались сжатием вдоль направления [001] со скоростью 3.3 ■ 10"6 м/с.

Рис. 1. Схема совместной регистрации картин двулучепреломления методом фотоупругости и картин локализации деформации методом двух-экспозиционной спекл-фотографии в деформируемом образце: 1 — источник света; 2 — матовое стекло; 3 — зеркало; 4 — поляризатор; 5 — образец; б — анализатор; 7 — видеокамера; 8 — лазер; 9 — коллиматор; 10—фотокамера

Одновременно с записью диаграммы сжатия с начала нагружения и до полного разрушения образца методом двухэкспозиционной спекл-фотогра-фии последовательно регистрировались картины локализации деформации и методом фотоупругости — картины двулучепреломления, характеризующие изменение действующих систем скольжения на грани (100) (рис. 1).

В третьей главе «Закономерности макролокализации деформации горных пород при сжатии» изложены экспериментальные данные об эволюции макроскопической локализации деформации при сжатии образцов горных пород, песчаника, мрамора и сильвинита. На кривых нагружения ст(е) наблюдаются участки с резким падением напряжений, соответствующие появлению микротрещин в образцах. Деформирование завершается хрупким разрушением при общей деформации 5 = 1.5-3 %. Пример картины локализации деформации в образцах песчаника и мрамора с использованием автоматизированного комплекса АЬМЕС-ТУ представлен на рис. 2, где пунктирными линиями и цифрами обозначены границы фронтов деформации по мере их появления при сжатии образцов. С целью выяснения влияния скорости нагружения У„ на скорости движения фронтов локализованной деформации Кф в экспериментах на образцах мрамора и песчаника скорости Уи изменялись на два порядка. Установлено, что скорости движения Уф в образцах пластично-хрупких горных пород оказались на порядок (в 20 раз) выше скорости Ун.

5 10 15 20 25

X, мм X, мм

Рис. 2. Картина локализации деформации в образце песчаника (а) и мрамора

(б) при £,„,= 1.7 % (частота съемки — 387 мс, разрешение — 30.2 мкм/пикс.)

Из распределений компонент локальных деформаций ехх на регистрируемой поверхности образцов, полученных с помощью метода спекл-фотографии, при сжатии песчаника, мрамора и сильвинита следует, что в горных породах деформация с самого начала нагружения распределена по объему неоднородно, т.е. локализована в зонах макроскопического масштаба, в то время как другие объемы при этом же приросте деформации практически не деформируются.

В образцах песчаника и мрамора расстояние между зонами локализации деформации составило ~4 ± 1 мм. Особенностью поведения зон локализованной деформации в виде распределений ехх явилось их перемещение по образцу на линейных участках (а ~ е) с ростом общей деформации. Поскольку при сжатии с постоянной скоростью е ~ г, то, определяя положение очага локализации X по длине образца в ходе деформации, по наклону графика Х-1 можно оценить скорость перемещения зон локализации, которая составила ~3.0 ■ 10~5 м/с в песчанике, и ~4.2 ■ 10~5 м/с — в мраморе. Исследование локализации пластической деформации песчаника и мрамора на «пилообразных» участках кривых сжатия было невозможно из-за растрескивания образцов.

Процесс деформирования образцов квазипластичного сильвинита завершается хрупким разрушением при общей деформации 8=3%. Анализ картин локализации деформации (распределений компонент гхх тензора пластической дисторсии) в этом случае показал, что с самого начала сжатия деформация локализована в одной зоне, распределенной по всей ширине образца (рис. 3). Особенностью поведения этой зоны локализованной деформации в виде распределений локальных деформаций ехх явилось ее перемещение по образцу на стадии линейного деформационного упрочнения с ростом общей деформации от 0.2 до 0.95 % с постоянной скоростью ~2. 8-Ю"5 м/с. Дальнейшее исследование характера локализации пластической деформации в сильвините оказалось невозможным из-за растрескивания образцов.

Рис. 3. Очаги макролокализации деформации в виде распределений локальных деформаций е„(х,у) в образце сильвинита при stot = 0.5 и 0.7 % (а), и положение максимумов X локальных деформаций гхх для средней линии образца в зависимости от времени деформирования t (б)

Установлено, что скорости движения фронтов локализованной деформации в образцах горных пород песчаника и мрамора, определенные с использованием автоматизированного комплекса ALMEC-TV, по порядку величины совпадают со скоростями зон локализации деформации, определенными с использованием методики двухэкспозиционной спекл-фотогра-фии.

В научной литературе обсуждается вопрос о «медленных волнах» деформации (C.B. Гольдин), которые имеют определенное теоретическое обоснование и косвенно выявляются в геофизических полях. Прямые экспериментальные доказательства существования этих волн пока очень немногочисленны или даже уникальны. Физическая основа концепции деформационных волн земли состоит в фундаментальном свойстве геосреды, слоистости и блочности ее структуры. Поскольку скорости экспериментальных наблюдений «медленных движений» (-1-10 км/год) весьма близки к скоростям волн локализованной деформации (~10"5-10~4 м/с), наблюдавшимся в песчанике, мраморе и сильвините, то можно утверждать, что впервые в лабораторных условиях при одноосном сжатии наблюдалось распространение автоволн локализованной деформации в образцах из горных пород со скоростями, близкими к наблюдаемым в горных пластах после землетрясений и горных ударов так называемым «медленным движениям». Учитывая, что волновые параметры (длина волны и скорость ее распространения) слабо зависят от сорта деформируемого вещества, такое сопоставление может оказаться оправданным.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что динамика деформационных процессов при сжатии горных пород, состоящих из кристаллов с ионной связью, не должна отличаться принципиально от динамики таких процессов в щелочно-галоидных кристаллах.

Четвертая глава «Исследование локализации пластической деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов» посвящена исследованию эволюции картин макроскопической локализации пластического течения при сжатии щелочно-галоидных кристаллов, на которых традиционно изучаются механизмы пластического течения в физике прочности и пластичности. При сжатии вдоль [001] в кристаллах NaCl, КС1 и LiF действуют четыре равно-нагруженные системы скольжения {110}(ll0), а степень деформации щелочно-галоидных кристаллов может достигать нескольких десятков процентов.

Наблюдавшиеся стадии деформационного упрочнения и соответствующие и интервалы деформаций экспериментальной кривых сжатия образцов NaCl, КС1 и LiF (рис. 4, а, в, д) представлены в табл. 1.

Анализ картин локализации деформации показал, что при сжатии кристаллов NaCl на стадии I пластическая деформация сосредоточена в двух зонах (рис. 4, б), наклоненных к продольной оси образца под углом ф = л/2 на грани (010). По-видимому, данный факт обусловлен действием первой пары систем скольжения (0П)[011], (011)[0ll], следы скольжения от которой на грани (010) наклонены к направлению оси [001] под углами ф! = ф2 = я/2 (рис. 5, а). Это подтверждается рис. 5, б, в, на которых показаны примеры совмещения последовательных картин оптического двулучепреломления на грани (100) и картин локализации деформации на грани (010) на стадии I при общей деформации сжатия е,0, = 2.3 и 2.7 %. На протяжении линейной стадии I (аналог стадии легкого скольжения в металлических ГЦК-монокристаллах) наблюдалось движение двух зон локализации деформации со скоростью Faw = 6.1-10~5 м/с, значение которой определялось по наклону зависимости X{t) на рис. 4, а. Картины распределений локальных деформаций на линейной стадии II представляют собой 4-5 очагов локализации деформации, расположенные на расстоянии X » 4 ± 1 мм друг от друга (рис. 4, б) и движущиеся с постоянной скоростью Faw = 7.7 • 10~5 м/с (рис. 4, а). Зоны локализованной деформации наклонены к продольной оси образца под углом ф = л/2. При переходе к стадии III характер распределения локальных деформаций изменился. Картина распределений деформаций е„ сначала представляла собой подвижные очаги, зародившиеся на стадии И, которые затем остановились в средней части образца. Далее на стадии III сформировалась система трех неподвижных очагов локализации деформации (рис. 4, а).

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08

100

0.00

i II

k. : .

—*—в-

-20

30

10

300

500

t, с

0.02

0.04

0.06

200

400 t, с

600

20

40 X. мм

Рис. 4. Экспериментальные кривые пластического сжатия ст(е) с соответствующими диаграммами положений координат очагов локализации деформации вдоль оси образца с течением времени X(t): а — NaCl; в — KCl; д — LiF, и распределения локальных деформаций макролокализации е„(х, у) в образце: 6 — NaCl на стадии I при st0, = 1 % и на стадии II при е,„, = 3.7 %; г — KCl на стадии I при s,0, = 1 % и на стадии II при е,0, = 5 %; е — LiF на стадии II при e,ot = 1.4 % и на стадии III при stot = 3.2 %

Таблица 1

Основные данные о деформационном упрочнении и локализации деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов

Кристалл МПа Интервалы деформации Наблюдавшиеся стадии деформационного упрочнения Наблюдавшиеся картины локализации деформации

NaCl 1 0.002- 0.02 Линейная стадия I (О,я 120 МПа) Движение двух зон локализации деформации (Уау, я 6.1 • 10~5 м/с)

до 0.055 Линейная стадия II (6П « 490 МПа) Движение четырех зон локализации деформации (Р^ я 7.7-Ю-5 м/с)

до 0.09 Линейная стадия III (Ош а 300 МПа) Стационарная система из трех зон локализации деформации (X я 4 ± 1 мм)

KCl 5 0.002-0.01 Линейная стадия I (9i ~ 178 МПа) Движение двух зон локализации деформации (Ка№я6-Ю"5м/с)

0.05-0.085 Линейная стадия II (0„ я 137 МПа) Движение двух зон локализации деформации 4.5 • 10"5м/с), одна из которых остановилась

LiF 6.5 0.0020.008 Линейная стадия I (Oiя 115 МПа) Движение одной зоны локализации деформации (Гажя8.5-10-5м/с)

до 0.026 Линейная стадия II (0п « 285 МПа) Движение двух зон локализации деформации (Гаия8.5- 10"5м/с)

до 0.04 Линейная стадия III (0щ я 365 МПа) Стационарная система из четырех зон локализации деформации (к я 5 ± 1 мм)

Анализ распределений локальных деформаций гхх при сжатии образцов КС1 показал, что на стадии I две зоны локализованной деформации (рис. 4, г) перемещаются с постоянной скоростью = 6 • 10"5 м/с (рис. 5, в). На стадии II из трех зон локализации пластической деформации (рис. 4, г) отмечено движение двух зон локализованной деформации со скоростью Ка„ = = 4.5 • 10 м/с, одна из которых затем остановилась (рис. 4, в).

Рис. 5. Кристаллографическая схема ориентации нагруженных плоскостей скольжения в щелочно-галоидных кристаллах (о) и совмещенные картины двулучепреломления и локализации пластической деформации на разных гранях кристалла NaCl при двух последовательных значениях общей деформации сжатия £,ot = 2.3 (б) и 2.7 % (в): 1 — система скольжения (011)[0 11]; 2 — система скольжения (0 1 1)[011]

Анализ картин локализации деформации показал, что при сжатии кристаллов LiF на стадии I пластическая деформация сосредоточена в одной зоне, наклоненной на грани (010) к продольной оси образца под углом ср = я/2. По-видимому, это обусловлено действием первичной системы скольжения (0 Т 1)[011], следы скольжения от которой наклонены на этой грани к оси [001] на (р, = л/2. Это подтверждается совмещением картин оптического двулучепреломления, свидетельствующих о действии системы скольжения (0ll)[011], следы скольжения которой на грани (100) составляют с осью образца угол cpi = л/4, и картин локализации деформации в виде одиночного максимума распределения компоненты локальных деформаций в„ на грани (010). Далее на линейной стадии II, наряду с первой зоной локализации деформации, зарождается еще одна зона (рис. 4, е). Ее появление может быть связано с включением второй системы скольжения (011) [011], следы скольжения которой на грани (100) составляют с осью образца угол <р2 = 3/4я. Две зоны локализованной деформации на грани (010) наклонены к продольной оси образца на ф = я/2 и движутся со скоростью Faw= 8.5 ■ 10~5 м/с, определенной по наклону зависимости X(t) положений координат очагов локализации деформации zxx вдоль оси образца с течением времени (рис. 4, д). К концу стадии II произошла остановка двух очагов локализации ехх. При переходе к стадии III характер локальных деформаций изменился. Картины их распределений на линейной стадии III состоят их четырех неподвижных зон локализации деформации, расположенных на расстоянии X ~ 5 ± 1 мм друг от друга (рис. 4, <?). Зоны локализованной деформации на грани (010) также наклонены к продольной оси образца под углом ф = п/2.

Согласно полученным данным, при сжатии щелочно-галоидных кристаллов пластическое течение локализовано в активных зонах образца, закономерно расположенных по его длине. В зонах между такими очагами деформация практически не развивается, а активные зоны на стадиях I и И, движутся вдоль оси образца. Значения скоростей движения зон локализации деформации близки к ранее зафиксированным на стадиях легкого скольжения ряда металлических монокристаллов, для которых механизмом пластической деформации, как и для щелочно-галоидных кристаллов, является дислокационное скольжение. В настоящей работе представляется важным тот факт, что, как и в случае металлических монокристаллов, в щелочно-галоидных кристаллах зоны локализации пластической деформации представляют собой совокупность сдвигов по плоскостям скольжения кристаллов, движение же двух зон локализации на стадии I может быть связано с расширением следов скольжения от соответствующих систем скольжения по образцу, что наглядно видно из сравнения двух последовательных картин локализации деформации и оптического двулучепреломления (рис. 5, б, в).

Ранее для всех исследованных металлических материалов было установлено, что скорость движения деформационных очагов на стадии линейного деформационного упрочнения обратно пропорциональна коэффициенту деформационного упрочнения 6 = С"1 с1о/с1е {р — модуль сдвига), т.е.

= +2/8. Установлено, что данные настоящей работы о скоростях очагов пластического течения в 1ЛР, КС1, ЫаС1 и сильвините удовлетворяют зависимости Ка„(0) с коэффициентом корреляции ~0.9. Полученные результаты, обобщенные в табл. 1, прежде всего, подтверждают единую природу волновых процессов на линейных стадиях деформационного упрочнения щелочно-галоидных кристаллов.

Анализ количественных характеристик локализации пластического течения в щелочно-галоидных кристаллах позволил обнаружить фундаментальную закономерность, состоящую в том, что произведения макропараметров процессов локализации X оказались коррелированными с произведениями микропараметров соответствующих кристаллов Ь (Ь — модуль вектора Бюргерса, У± — скорость упругих поперечных волн): ХУ^ к 1/3Ъ. Данное соотношение указывает на количественную связь характеристик разного масштаба. Можно полагать, что волны локализации пластического течения с их макроскопическим линейным масштабом ~Х возникают как результат взаимодействия дислокаций, имеющих типично микроскопический масштаб ~Ь«Х.

Далее приведено описание реализации результатов диссертационного исследования и направления их возможного практического применения. В частности, данные о распределениях локализации деформации в горных породах в рамках блочной модели деформирования, были использованы ООО «Проектгидроуголь-Н» при выполнении расчетов горного давления для выбора оптимальных вариантов крепления горных выработок со слоистой

структурой в условиях ОАО «Шахта им. Ф.Э. Дзержинского» ОАО УК «Прокопьевскуголь».

В приложении приведены справки об использовании результатов работы в производственной, научной и учебной деятельности.

Основные выводы

1. Экспериментально установлен автоволновой характер процесса локализации деформации при сжатии горных пород (песчаник, мрамор и сильвинит) и щелочно-галоидных кристаллов (NaCl, KCl, LiF). Это утверждение основано на экспериментально установленных характеристиках этих процессов, позволяющих отличить их от других, ранее изученных типов волн, также связанных с деформацией:

- скорость распространения волн локализации деформации лежит в пределах КГ'-КГ4 м/с;

- области неоднородности деформации имеют макроскопический масштаб, составляющий 3-5 мм и соизмеримый с размерами образцов, используемых для механических испытаний.

2. Экспериментально установлено, что в лабораторных условиях при одноосном сжатии горных пород генерируются автоволны локализованной деформации, соответствующие «медленным движениям», наблюдавшимся ранее только в естественных условиях после землетрясений и горных ударов, поскольку скорости экспериментальных наблюдений «медленных движений» (-1-10 км/год) весьма близки к скоростям автоволн локализованной деформации (-КГ'-Ю-4 м/с). Зарождение и распространение трещин происходит по границам зон локализации деформации.

3. Показано, что картины локализации пластического течения, полученные методом спекл-фотографии, соответствуют картинам двулучепреломле-ния при сжатии щелочно-галоидных кристаллов, а именно: зоны локализации пластической деформации представляют собой совокупность сдвигов по плоскостям скольжения кристаллов. Получены качественные данные о типах распределений локальных деформаций и их количественные характеристики для пластической деформации сжатием щелочно-галоидных кристаллов:

- в соответствии со сменой стадий деформационной кривой происходит эволюция типов картин распределений локальных деформаций в процессе нагружения: в NaCl, KCl на линейной стадии I наблюдается пара движущихся с постоянной скоростью зон локализации деформации. В LiF на данной стадии картина локализации деформации представляет собой единичные очаги, также движущиеся с постоянной скоростью. В KCl, LiF на линейной стадии II пара очагов локализации деформации, и в NaCl — четыре эквидистантно расположенных очага локализации деформации равномерно движутся с постоянными скоростями. Однако образец проходится упомянутыми очагами локализации деформации один раз. В NaCl, LiF на линейной стадии III обнаружена стационарная система очагов пластической деформации;

- полученные значения скоростей движения очагов локализации деформации NaCl, KCl, LiF и сильвинита хорошо удовлетворяют универсальной

обратно пропорциональной зависимости скоростей движения автоволн локализованной деформации от 6Ю на стадии линейного упрочнения;

-произведение макроскопических параметров локализации пластического течения щелочно-галоидных кристаллов (Я — длина волны, Faw — скорость распространения) и произведение микроскопических параметров кристаллической решетки деформируемых твердых тел (Ь — модуль вектора Бюргерса, VL — скорость упругих поперечных волн) — инварианты упругих и пластических деформационных процессов в твердых телах.

4. Параметры распределений локальных деформаций горных пород использованы ООО «Проектгидроуголь-Н» при выполнении расчетов горного давления для выбора оптимальных вариантов крепления горных выработок в условиях ОАО «Шахта им. Ф.Э. Дзержинского» ОАО УК «Прокопьевс-куголь».

Список публикаций по теме диссертации

1. Баранникова С.А., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. О локализации пластического течения при сжатии кристаллов NaCl и KCl // ФТТ. - 2009. - Т 51 - № 6 -С. 1081-1086.

2. Баранникова С.А., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. О локализации пластической деформации при сжатии кристаллов LiF // ФТТ. - 2010 - Т 52 - № 7 -С. 1291-1294.

3. Баранникова С.А., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. О взаимосвязи векторов Бюргерса дислокаций и картин локализации пластической деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов // Письма в ЖТФ. -2011.-Т 37 -№ 16 -С. 15-21.

4. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О локализации пластической деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов // Вестник Тамбовского государственного университета. Естественные и технические науки. - 2010 -Т. 15. - Вып. 3,-С. 1143-1147.

5. Баранникова С.А., Надежкин М.В. Локализация деформации в ионных кристаллах при сжатии // Сб. тезисов докладов XII Региональной конференции студентов и молодых ученых по физике, Владивосток, 15-17 ноября 2006 -С. 17-18.

6. Надежкин М.В., Баранникова С.А. Макроскопическая локализация деформации в неметаллических кристаллах при сжатии // Труды XIII Межд. научно-практической конф. студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ'2007», Томск, 26-30 марта 2007. - Т. 2. - С. 168-170.

7. Баранникова С.А., Бочкарева A.B., Зариковская Н.В., Лунев А.Г., Надежкин М.В. Картины макроскопической локализации деформации в металлических и неметаллических кристаллах // Материалы V конф. молодых ученых СО РАН, посвященной М.А. Лаврентьеву, Новосибирск, 20-22 ноября 2007 г. - Ч. I. - С. 52-55.

8. Надежкин М.В., Баранникова С.А. Локализация деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов И Сб. материалов IV Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем», Томск, 22-25 апреля 2008. - С. 102-104.

9. Баранникова СЛ., Зуев Л.Б., Надежкин М.В. Влияние кристаллографических аспектов и микроскопических параметров твердых тел на локализацию пластического течения в металлических и щелочно-галоидных кристаллах // Тезисы докладов Межд. школы-семинара «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения», Томск, 9-12 сентября 2008. -С. 130-131.

10. Надежкин М.В., Баранникова С.А. Сравнение картин двулучепреломления и локализации пластического течения в NaCl, KCl // Сб. материалов V Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем», Томск, 22-25 апреля 2009. - С. 147-150.

11. Баранникова С.А., Надежкин М.В., Зуев Л.Б. Картины локализации пластического течения в щелочно-галоидных кристаллах при сжатии / Сб. трудов 48 Межд. конф. «Актуальные проблемы прочности», Тольятти, 15-18 сентября 2009 г. - Тольятти: ТГУ, 2009. - С. 208-209.

12. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О локализации пластического течения при сжатии щелочно-галоидных кристаллов / Сб. трудов Межд. научно-практической конференции «Инженерия поверхностного слоя деталей машин», Кемерово, 9-11 декабря 2009 г. - С. 19-33.

13. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О неоднородности деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов и горных пород // Сб. материалов XIX Петербургских чтений по проблемам прочности, Санкт-Петербург, 13-15 апреля 2010 г. - Ч. 2. - С. 123-125.

14. Надежкин М.В., Баранникова С.А. О локализации пластической деформации при сжатии кристаллов LiF / Сб. материалов VI Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем», Томск, 14-17 апреля 2010 г. - С. 97-100.

15. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О неоднородности деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов и горных пород / Материалы VI Рос. научно-технической конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение». - Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2010 (электрон. ресурс).

16. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О неоднородности деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов и горных пород // Тезисы докл. VI Всероссийской конференции «Механика микронеоднородных материалов и разрушение», Екатеринбург, 24-28 мая 2010 г. - С. 57.

17. Надежкин М.В., Баранникова С.А. О локализации деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов и горных пород // Тезисы докладов Рос. школы-конференции молодых ученых «Механика деформаций и разрушение материалов», Екатеринбург, 24-28 мая 2010 г. - С. 3.

18. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О неоднородности деформации при сжатии горных пород / Сб. материалов V Рос. научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 26-28 апреля 2011 г.-С. 123.

Подписано в печать 14.10 2011 г Формат 60x84/16. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,19. Тираж 100

Отпечатано в ИФПМ СО РАН 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ЛОКАЛИЗАЦИИ

ДЕФОРМАЦИИ

1.1.0 локализации деформации в неметаллических материалах.

1.2. Механизмы разрушения неметаллических материалов.

1.3. Процессы самоорганизации в твердых телах на разных масштабных уровнях

1.4. Макроскопическая локализация деформации.

1.5. Автоволновой механизм локализации деформации твердых тел

1.5.1. Картины локализации и стадийность пластического течения

1.5.2. Скорость движения очагов локализации пластического течения

1.5.3. Дисперсионное соотношение

1.5.4. Инвариант упругих и пластических деформаций

1.5.5. Локализация деформации как автоволновой процесс

1.5.6. Длина волны локализации деформации и масштабный эффект

1.5.7. О формировании автоволн локализации деформации.

1.6. Постановка задачи

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ. 59 "

2.1. Метод механических испытаний. 59 <

2.2. Метод двухэкспозиционной спекл-фотографии.

2.3. Телевизионный метод регистрации электронных спекл-изображений для исследования макролокализации деформации АЬМЕС-ТУ.

2.4. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений (метод фотоупругости)

2.5. Материалы исследований.

Глава 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ МАКРОЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ СЖАТИИ

3.1. Влияние скорости деформирования на картины локализации при сжатии горных пород (песчаника и мрамора) с помощью автоматизированного лазерного измерительного комплекса ALMEC-TV

3.2. Результаты исследований локализации деформации при сжатии горных пород (песчаника^ мрамораи сильвинита)

3.3. Анализ результатов.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СЖАТИИ ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ

4.1. Результаты механических испытаний. 159<

4.2. Результаты исследований картин двулучепреломления при» сжатии щелочно-галоидных кристаллов (NaCli, КС1 и LiF) с помощью поляризационно-оптического метода исследования напряжений.

4.3. Картины локализации пластической деформации при^ сжатии щелочно-галоидных кристаллов >(NaCl, КС1 и LiF) с использованием метода двухэкспозиционнойспекл-фотографии

4.4. Анализ результатов.

4.5. Реализация результатов диссертационного исследования и направления их возможного практического применения. 186<

Актуальность темы. Необходимость исследований поведения горных пород при нагружении продиктована широким спектром теоретических и практических задач, возникающих при геомеханическом анализе состояния подработанного массива. В геомеханике требуется знание не только механических свойств горных пород, но и особенностей их деформации, которые могут быть использованы для оценки напряженного состояния и разрушения [1-5]. При этом следует признать, что закономерности деформирования и разрушения горных пород изучены далеко не в полной мере.

Определяющие эти закономерности вопросы взаимодействия дефектов кристаллической структуры с полями различной природы (силовыми, радиационными, электрическими, магнитными) являются предметом современной физики конденсированного состояния [6-10]. Анализ основных направлений исследований и существующих подходов к проблеме деформации твердых дел показывает, что идеи о неоднородности и локализации фактически присущи физической теории! пластичности и прочности во всех ее вариантах. Локализация1'пластической деформации проявляется на всех масштабных и структурных уровнях процессов виде полос и пачек скольжения, дислокационных субструктур (ячейки, полосовые структуры, фрагменты), фронтов пластической^ деформации, полос сброса, пространственно-временных осцилля-ций пластической деформации и т.п.

В ИФПМ, СО РАН' при использовании- метода спекл-фотографии установлены главные закономерности процессов макроскопической локализации деформации твердых тел при нагружении. В большинстве случаев картины распределения зон локализации деформации упорядочены в пространстве и во времени, а* тип локализации определяется законом пластического течения (деформационной диаграммой материала). В настоящее время предложена автоволновая модель формирования упорядоченных макромасштабных картин локализации в металлах [11]. Однако в выполненных ранее работах проблема макроскопической локализации пластической деформации изучалась главным образом на металлических ГЦК, ОЦК и ГПУ моно- и поликристаллах при растяжении. Поэтому всегда остается возможность альтернативного объяснения указанных особенностей эволюции макролокализации деформации. В связи с этим для прямого экспериментального подтверждения автоволновой природы пластического течения актуальными являются исследования макролокализации деформации в щелочно-галоидных кристаллах, на которых традиционно изучаются механизмы пластического течения [12-14]. Это обусловило интерес к исследованиям.деформационного поведения пластичных щелочно-галоидных кристаллов, поскольку их механические свойства и структура подробно изучены. В то же время важна информация о характере деформирования горных- пород в зависимости от действующих в массиве напряжений и от накопленных неупругих деформаций. Это обстоятельство обусловило интерес к исследованиям' характера неоднородности деформации квазипластичных горных пород.

Цель настоящей работы состоит в развитии автоволновой модели локализации деформации'для описания деформационных процессов* в ^ горных породах и щелочно-галоидных кристаллах.

Для достижения цели необходимо решить,следующие частные задачи:

1. Исследовать картины локализации деформации и установить их коли чественные характеристики при сжатии образцов'горных пород, в частности:

- сильвинита (NaCl + КС1), деформирующегося- дислокационным скольжением,

- мрамора (СаС03), деформирующегося двойникованием,

- песчаника (Si02), деформирующегося за счет зернограничных процессов, используя автоматические системы анализа спекл-фотографий и электронных спекл-изображений.

2. Исследовать пространственные распределения* компонент тензора пластической дисторсии в щелочно-галоидных кристаллах (NaCl, KCl, LiF) и установить взаимосвязь картин распределений локальных деформаций (спекл-фотография) и двулучепреломления (фотоупругость) со стадийностью их кривых упрочнения.

3¿ Определить .параметры пространственно-временных распределений компонент тензора дисторсии в процессе нагружения сжатием исследуемых горных пород и, щелочно-галоидных кристаллов.

4. Установитьюбщность или различие автоволновых характеристик эволюции ; макролокализации ; пластического течения в i щелочно-галоидных кристаллах с данными, полученными, ранее для ГЦК металлических монокристаллов:.

Научная новизна результатов состоит в том* что

-исследованы картинышакроскопической локализации?деформациишрш сжатии горных пород (песчаника; мрамора; и сильвинита), а также щелочно-галоидных кристаллов (LiF; NaCl, KCl), которые были; главными экспериментальными . объектами, при; созданиш физической теории пластичности, и определены основные типы и параметры локализации деформации горных пород и щелочно-галоидных кристаллов методом, двухэкспозиционной сиекл-фотографиии электронных спекл-изображений,

- установлен автоволновой характер локализации деформации при сжатии неметаллических материалов — горных пород-(песчаника, мрамора и сильвинита)^ а также щелочно-галоидных кристаллов. Скорости очагов локализации деформации на линейных стадиях в - щелочно-галоидных кристаллах и горных породах (сильвините) удовлетворяют универсальной обратно пропорциональной зависимости скоростей: движения автоволн локализованной деформации.от 0/С на стадии линейного упрочнения, которая была получена ранее для металлических ГЦК, ОЦК и ГПУ моно- и поликристаллов, для которых механизмом пластической деформации, как и для щелочно-галоидных кристаллов, является дислокационное скольжение;

- в лабораторных условиях наблюдалось распространение автоволн локализованной деформации в образцах из горных пород со скоростями, близкими к наблюдаемым в горных пластах после землетрясений и горных ударов так называемым «медленным движениям» (~10-5—Ю-4 м/с = 1-10 км/год);

- установлено однозначное соответствие картин локализации пластического течения и двулучепреломления при' сжатии щелочно-галоидных кристаллов, доказывающее, что зоны локализованной пластической деформации представляют собой совокупность сдвигов по плоскостям скольжения кристаллов;

- установлено существование инвариантного для упругой и пластической деформаций щелочно-галоидных кристаллов произведения макроскопических параметров локализации пластического течения (X — длина волны, Уау/ — скорость распространения) и микроскопических параметров кристаллической решетки деформируемых твердых тел (Ь — модуль вектора Бюр-герса, У± — скорость упругих поперечных волн).

Научная! ценность работы* заключается' в том; что комплексное исследование локализации деформации сжатия горных пород (сильвинита, мрамора, и песчаника) и щелочно-галоидных кристаллов подтвердило справедливость об» обнаружении нового типа, волн, связанных с процессами самоорганизации в деформируемых средах и возникающих при квазистатической деформации. Ранее такие волны уже наблюдались в металлических материалах, и с учетом новых данных автоволновой характер деформации приобретает универсальный смысл для деформационных процессов твердых тел. Полученные в работе данные о макроскопической локализации деформации показали, что динамика процессов деформации в щелочно-галоидных кристаллах и в горной породе, состоящей из кристаллов с ионной связью, не отличается принципиально-от динамики таких процессов в металлических материалах.

Обнаружение медленных волновых процессов пластически деформируемых соляных горных пород и ионных кристаллов должно учитываться при интерпретации геологических явлений: формировании сбросов, разломов, складок и т.п.

Практическая значимость работы*. Результаты о развитии деформации пород и локализации-деформации в них были использованы ООО «Проект-гидроуголь-Н» при выполнении расчетов горного давления для выбора оптимальных вариантов крепления горных выработок в условиях ОАО «Шахта им. Ф.Э. Дзержинского» ОАО УК «Прокопьевскуголь». Закономерности локализации деформации' горных пород (мрамора, песчаника и сильвинита) и щелочно-галоидных. кристаллов* (КС1, №01 и. ГлБ) реализованы в» научной* деятельности: при' установлении механизмов^ пластической деформации и разрушения твердых тел в научной лаборатории;«Физические основы прочности и пластичности» Тамбовского государственного университета; при исследовании поведения конструкций при сложных комплексных воздействиях различной природы (силовые, климатические, технологические) для разработки новых железобетонных и каменных конструкций зданий.и сооружений в- Томском - государственном? архитектурно-строительном университете. Экспериментальная установка, опробованная в работе, внедрена в учебный процесс Томского государственного университета и используется» студентами физико-технического факультета при изучении курсов. «Основы физики прочности» и «Экспериментальная механика». Результаты работы, полученные с участием автора, использованы в 2010-году для аттестации установки ЛЬМЕв-ТУ, разработанной и изготовленной в ИФПМ СО РАН по программе «Импортозамещение» СО РАН1 для Института физико-технических проблем Севера-СО РАН (г. Якутск), а также могут быть применены при-разработке механо-физических основ разрушения горных пород и новых конструкций высокоэффективных породоразрушающих инструментов для горнодобывающей промышленности Крайнего Севера в Институте физико-технических проблем Севера СО РАН.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Картины локализации пластической деформации при сжатии горных пород (песчаника, мрамора и сильвинита) и щелочно-галоидных кристаллов имеют автоволновой характер.

2. При одноосном сжатии образцов из горных пород в лабораторных условиях генерируются автоволны локализованной деформации, соответствующие «медленным движениям», наблюдавшимся ранее только в естественных условиях после землетрясений и горных ударов.

3. Зоны локализации-пластической деформации в щелочно-галоидных кристаллах представляют собой; пачки сдвигов по плоскостям скольжения кристаллов. Автоволновые картины локализованного пластического течения и их количественные характеристики определяются сменой стадий процесса деформации щелочно-галоидных кристаллов при сжатии.

Достоверность полученных результатов«, обеспечивается комплексным подходом^ решению поставленных задач и использованием апробированных мeтoдoвJ и методик исследования, применением статистических методов- обработки экспериментальных результатов, анализом литературных данных и согласованием полученных результатов с данными других авторов.

Апробациям работы. Результаты, диссертационной работы* были представлены на Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (Владивосток, 2006); ХШ Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ'2007» (Томск, 2007); П1-УЬ Всероссийских конференциях молодых ученых «Физика и химиям высокоэнергетических систем» (Томск, 2007-2010); V конференции молодых ученых СО РАН, посвященной М.А. Лаврентьеву (Новосибирск, 2007); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения» (Томск, 2008); 48 Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» (Тольятти, 2009); Международной научно-практической конференции «Инженерия поверхностного слоя деталей машин» (Кемерово,, 2009); XIX Петербургских чтениях по проблемам прочности (Санкт-Петербург, 2010); Всероссийской; конференции «Механика микронеоднородных материалов- и разрушение» (Екатеринбург, 2010); V Российской научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» (Екатеринбург, 2011), а таюке на семинаре лабораторий Института горного дела СО-РАН1 (Новосибирск, 2011).

Работа выполнена в рамках комплексного проекта Сибирского отделения РАН № 01.2.007 04645 «Экспериментальная и теоретическая разработка автоволновой модели локализованноюпластическошдеформации структурно-неоднородных материалов на мезо- и макромасштабных уровнях и:ее приложений; к определению критических состояний и оценке прочности, износостойкости: и долговечности материалов и конструкций» (2007-2009 гг.) и проекта программы! фундаментальных исследований: Президиума РАН № 11.21 «Разработка модели пластического течения тел со структурой на основе многоуровневого подхода и данных о макро- и микроскопических механизмах деформации и разрушения» (2009-2011' гг.).

Публикации; Основныерезультатьь диссертационношработысопублико-ваны-в 18-ти- печатных;работах, в том числе в 4-х статьях в.рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФг .'•■.

Личный ¡вклад автора состоит в участии в постановке задач исследования, планировании: и выполнении экспериментов,, ванализе результатов экспериментальных исследований. Все результаты, представленные в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа общим объемом 224 страницы состоит из введения; четырех глав, основных результатов и выводов, приложения и списка цитируемой литературы. Работа содержит

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлен автоволновой характер процесса локализации деформации при сжатии горных пород (песчаника, мрамора и сильвинита) и щелочно-галоидных кристаллов> (NaCl, KCl, LiF). Это утверждение основано на экспериментально установленных характеристиках этих процессов, позволяющих отличить их от других, ранее изученных типов волн, также связанных с деформацией:

- скорость распространения волн локализации деформации лежит в пределах Ю^-КГ4 м/с;

-области неоднородности деформации имеют макроскопический масштаб; составляющий 3-5 мм и соизмеримый с размерами образцов, используемых для.механических испытаний.

2. Экспериментально установлено, что в лабораторных условиях при одноосном сжатии горных пород генерируются автоволны локализованной деформации, соответствующие «медленным движениям», наблюдавшимся ранее только в естественных условиях после землетрясений-и-горных ударов, поскольку скорости экспериментальных наблюдений «медленных движений» (~1-10<км/год) весьма близки к скоростям автоволн локализованной деформации (-Ю^-КГ4 м/с). Зарождение и распространение трещин происходит по границам зон локализации деформации.

3. Показано, что картины локализации! пластического течения; полученные методом спекл-фотографии, соответствуют картинам двулучепреломле-ния при сжатии щелочно-галоидных кристаллов, а именно: зоны локализации пластической деформации представляют собой» совокупность сдвигов по плоскостям скольжения кристаллов. Получены качественные данные о типах распределений локальных деформаций и их количественные характеристики для пластической деформации сжатием щелочно-галоидных кристаллов:

- в соответствии со сменой стадий деформационной кривой происходит эволюция типов картин распределений локальных деформаций в процессе нагружения: в NaCl, KCl- на линейной стадии I наблюдается пара движущихся с постоянной скоростью зон локализации деформации. BLiF на данной стадии картина локализации деформации представляет собой единичные очаги, также движущиеся с постоянной скоростью. В KCl, LiF на линейной стадии II пара очагов локализации деформации и в NaCl четыре эквидистантно расположенных очага локализации деформации равномерно движутся с постоянными скоростями. Однако образец проходится упомянутыми очагами локализации деформации один раз. В NaCl, LiF на линейной-стадии III'обнаружена стационарная система очагов пластической деформации; полученные значения скоростей движения-очагов локализации деформации* NaCl, KCl, LiF и сильвинита хорошо удовлетворяют универсальной обратно пропорциональной зависимости скоростей движения автоволн локализованной деформации от 0/G на стадии линейного упрочнения;

-произведение' макроскопических параметров локализации пластического течения щелочно-галоидных кристаллов,(А, — длина волны, Vaw — скорость распространения) и произведение микроскопических параметров кристаллической решетки, деформируемых твердых тел (Ъ — модуль вектора Бюргерса, V± — скорость упругих поперечных волн) — инварианты.упругих и пластических деформационных процессов в твердых телах.

4. Параметры распределений локальных деформаций-горных пород использованы ООО «Проектгидроуголь-Н» при выполнении расчетов горного давления для выбора оптимальных вариантов крепления горных выработок в условиях ОАО «Шахта им. Ф.Э. Дзержинского»- ОАО УК «Прокопьевск-уголь».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследований локализации пластической деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов показывают, что реальная картина распределения деформаций в монокристаллах противоречит априори принимаемому предположению о равномерном распределении дислокационных сдвигов в объеме деформируемого кристалла [16]. Пластическая деформация щелочно-галоидных кристаллов осуществляется на всех этапах процесса за счет кристаллографически определенного скольжения по плоскостям с высокими факторами Шмида, и в этом отношении результаты не противоречат имеющимся в литературе представлениям о дислокационных механизмах пластического течения. Однако плотность распределения таких сдвигов по образцу макроскопически неоднородна в пространстве и закономерным образом эволюционирует во времени. Благодаря такой неоднородности пластическое течение локализовано в активных зонах образца, закономерно распределенных по его длине. В зонах между очагами деформация практически не развивается, а активные зоны, по крайней мере, на стадиях линейного упрочнения, движутся вдоль оси образца. При таком движении отдельные части образца вовлекаются в пластическое течение не одновременно, а последовательно одна за другой, причем такие циклы вовлечения могут повторяться несколько раз на протяжении одной стадии процесса.

Таким образом, исследование пластической деформации сжатия кристаллов №С1, КС1, ЫБ подтвердило справедливость утверждений авторов [135] об обнаружении нового типа волн, связанных с процессами самоорганизации в деформируемых средах [95, 96] и возникающих при квазистатической деформации. Ранее такие волны уже наблюдались в металлических поликристаллах и монокристаллах [153-156], и с учетом новых данных волновой характер пластической деформации приобретает универсальный для процессов пластического течения всех материалов смысл. Волновой подход позволяет обнаружить существенные различия в характере деформации разных материалов. Так, например, имеются особенности характера локализации (волновой картины) пластической деформации на стадии III в кристаллах ЫаС1, для которых остальные параметры процесса на стадиях I и II почти совпадают.

Имеется принципиальное отличие в поведении движущихся зон локализации деформации в щелочно-галоидных кристаллах при сжатии на линейной стадии II и в металлических кристаллах на- стадии линейного деформационного упрочнения. В металлах эквидистантно расположенные очаги деформации многократно проходят по образцу, образуя фазовую автоволну. В' щелочно-галоидных кристаллах же возможно только однократное прохождение очага по объему образца.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что динамика процессов-пластической деформации в,горной породе, состоящей из кристаллов с ионной связью, не отличается-принципиально от динамики таких процессов в металлических материалах. Обнаружение медленных волновых процессов пластически деформируемых горных пород и ионных кристаллов должно учитываться при интерпретации- геологических явлений: формировании сбросов,5 разломов, складок и т.п. [192]. К настоящему времени* факт существования деформационных волн' в« зонах разломов не вызывает сомнений [2, 194]. Поскольку скорости экспериментальных наблюдений «медленных движений» (—1—10 км/год) весьма близки к скоростям волн? локализованной деформации (~10-5-10"^ м/с), наблюдавшимся в песчанике, мраморе и сильвините, то можно утверждать, что впервые в лабораторных условиях при одноосном сжатии наблюдалось распространение автоволн- локализованной деформации^ образцах из горных пород со скоростями, близкими ю наблюдаемым в горных пластах после землетрясений* и горных ударов так называемым «медленным движениям». Учитывая, что волновые параметры, (длина волны и скорость ее распространения) слабо зависят от сорта деформируемого вещества, такое сопоставление может оказаться оправданным.

1. Шемякин Е.И. О сдвиговой прочности горных пород // Физ. мезомех. -2004.-Т. 7.-№6.-С. 5 10.

2. Гольдин С.В. Дилатансия, переупаковка.и землетрясения // Физика Земли. 2004. -№10. - С. 37-54;

3. Цытович I LA. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1983; -288 с.

4. Жигалкин В.М., Усольцева О.М., Семенов В.Н., Цой П:А. Деформирование квазипластичных соляных породшри различных условиях нагруже-ния. Сообщение ! . Закономерности деформирования соляных пород при одноосном сжатии //.ФТПРПИ* -2005.-№6. -С. 14-24.

5. Воробьев A.A. Механические и тепловые свойства щелочно-галоидных монокристаллов. М.: Высшая школа, 1968. - 271 с.

6. Воробьев A.A., Завадовская Е.К. Электрическая прочность твердых диэлектриков. М.: ГИТТЛ, 1956. - 332 с.

7. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел- // ФТТ. 2004. -Т. 46.-№5.-С. 769-803.

8. Zuev L.B. On the waves of plastic flow localization in pure metals and alloys //Ann. Phys. -2007.-V. 16.-No. 4. -P: 286-310.

9. Gilman J.J. Dislocation mobility in crystals // J. Appl. Phys. 1965. - V. 36. -No. 10.-P. 3195-3206.

10. Бенгус B.3., Комник C.H., Левченко B.A. О природе стадийности деформационного упрочнения щелочно-галоидных кристаллов // Физика конденсированного состояния. 1969. - № 5. - С. 152-167.

11. Смирнов Б.И. Дислокационная структура и упрочнение кристаллов. — М.: Наука, 1981.-236 с.

12. Рид В.Т. Дислокации в кристаллах. М.: Металлургиздат, 1957. - 279 с.

13. Коттрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. — М.: Металлургиздат, 1958. 267 с.

14. Фрид ель Ж. Дислокации. М.: Мир, 1967. — 643 с.

15. Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972. - 599 с.

16. Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М.: Мир, 1968. — 574 с.

17. Иоффе А.Ф. Механические свойства кристаллов // УФН. 1928. - Т. 8. — №4.-С. 441-482.

18. Obreimow I.W., Schubnikow L.W. Uber eine optische Methode der Untersuchung von plastischen Deformationen in Steinsalz // Zs. Phys. 1926. -V. 41. - No. 11/12.-P. 907-919.

19. Gilman J.J., Johnston W.G. Observations-of dislocation glide and climb in lithium fluoride crystals // J. Appl. Phys. 1956. - V. 27. - No. 9. - P.41018-1022.

20. Блистанов A.A. Влияние дислокаций на механические свойства полупроводниковых и диэлектрических кристаллов. М.: МИСиС, 1971. — 110 с.

21. Ландау А.И., Макара В.А., Новиков H.H. Исследование влияния взаимодействия дислокаций со стопорами на характер их движения в щелочно-галоидных кристаллах // Препринт ФТИНТ АН УССР. Харьков: 1972.-44 с.

22. Макара В .А., Новиков H.H., Руденко О.В. Некоторые особенности кинетики перемещения дислокаций в щелочно-галоидных кристаллах // Динамика дислокаций. — Киев: Наукова думка, 1975. 190 с.

23. Царев O.K. Влияние электрического пoля^ на пластичность щелочно-галоидных кристаллов: Дис. . канд. физ.-мат. наук. — Новокузнецк, 1974. 145 с.

24. Сергеев В.П. Влияние импульсных электрических полей на кинетику движения дислокаций в кристаллах NaCl: Дис. . канд. физ.-мат. наук. -Новокузнецк, 1981,- 173 с.

25. Токмашев М.Г. Исследование пластических свойств приповерхностного слоя в щелочно-галоидных кристаллах: Дис. . канд. физ.-мат. наук. -Новокузнецк, 1974. 149 с.

26. Урусовская A.A., Альшиц В.И., Беккауер H.H., Смирнов А.Е. Деформация» кристаллов' NaCl в условиях совместного действия магнитного и электрического полей // ФТТ. 2000. - Т. 42. - № 2. - С. 267-269.

27. Лубенец C.B. Динамический«возврат и кинетика релаксации*напряжений в кристаллах при низких и1 высоких гомологических температурах // ФТТ. 2002.- Т. 44. - № 1. - С. 72-77.

28. Борисенко Е.Б., Мелентьев* А.Г. Проявления неустойчивости пластического течения в микроструктуре кристаллов щелочных галоидов // ФТТ. 2005. - Т. 47. - № 7. - С. 1232-1236.

29. Бриллиантов H.A., Обреимов И.В. О пластической деформации в каменной соли // ЖЭТФ. 1935. - Т. 5. - № 3-4. - С. 330-339.

30. Владимиров » В.И., Романов А.Е. Дисклинации в кристаллах. M.-JI: Наука, 1986. - 223 с.

31. Скворцова Н.П., Кривандина Е.А., Каримов Д.Н. Локализация пластической деформации в кристаллах фтористого кальция при повышенных температурах // ФТТ. 2008. - Т. 50. - № 4. - С. 639-643.

32. Smirnov B.I. Superlocalization of plastic deformation in crystals at high temperatures //Mat. Sei. Eng. A. 1997. -V. 233. - No. 1-2. - P. 56-60.

33. Карташов Ю.М., Матвеев Г.В., Михеев Г.А., Фадеев А.Б. Прочность и деформируемость горных пород. М.: Недра, 1979. — 269 с.

34. Ставрогин А.Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. СПб.: Наука, 2001. - 343 с.

35. Асанов В.А., Барях A.A., Жигалкин.В.М., Паньков И.Л., Токсаров В.Н., Усольцева О.М., Цой П.А. Лабораторное исследование деформирования соляных пород // Физ. мезомех. 2008. - Т. 11. - № 1. - С. 14-18.

36. Разрушение: Т. 2. Математические основы теории разрушения / Под ред. Г. Либовица. М.: Мир, 1975. - 768 с.

37. Екобори Т. Физиками механика разрушения и прочности твердых тел. -М.: Металлургия, 1971. 264 с.

38. Мак Лин Д. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1965.-432 с.

39. Петрунин В.А., Целлермаер В.Я., Громов В.Е. Электропластическая деформация как фактор пластификации нанокристаллического сплава Fe-Cr-Ni // Физ. мезомех. 2004. - Т. 7. - Спец. выпуск. - Ч. 2. - С. 82-84.

40. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов:; В 2-х т. / Под ред. В:Е. Панина. — Новосибирск: Наука, 1995.Т. 1.-298 е.; Т. 2.-320 с.

41. Цигенбайну А;,.Шесино Щ НойхойзеруЙ! Исследованием мезоуровня деформации при: формировании полос Людерса в монокристаллах концентрированных сплавов на.основе: меди // Физ: мезомех. 1998. - Т. 1.№2.-С. 5-20: '

42. Иоффе А.Ф. Физика кристаллов. М.-Л.: 1"ИЗ, 1929. 192 с.53; Степанов А.ВС Основы практической прочности кристаллов. — М.': Наука, 1974;-132 с. ; .

43. Набарро Ф.Р.Н., Базинский З.С., Холт Д.Б. Пластичность чистых монокристаллов; М:: Металлургия, 1967Г - 214 с.55: Sears G.W. Strength of lithium fluoride whiskers // J. Chcm. Phys. Solids. -1958.-No. 6.-P. 300.

44. Griffith A: The phenomena of rupture and flow in solids // Philos. Trans. Roy. Soc. London. A. 1921.-V. 221.-P. 163-198.

45. Stroh A.N. A theory of fracture of metals // Adv. Phys. 1957. - No; 6. -P. 418.

46. Gilman J.J., Knudsen С., Wals WJ. Cleavage cracks and dislocations in LiF crystals // App. Phys. 1958. - V. 29. - P. 601.

47. Stoneley R. The propagation of surface elastic waves in a cubic crystal // Proc. Roy. Soc.- 1955. —V. 232.-No. 1191.-P. 447-458.

48. Forty A.J. The generation of dislocations during cleavage // Proc. Roy. Soc. -1957. V. 242. - No. 1230 - P. 392-399.

49. Амелинкс С. Методы прямого наблюдения дислокаций. М.: Мир, 1968.-440 с.

50. Gilman J J. Propagation of cleavage cracks in crystals // Appl. Phys. 1956. -V. 27.-No. 11.-P. 1262-1269.

51. Гилман Дж. Механические свойства1 ионных кристаллов // УФН.1960. Т. 80. - № 3. - С. 455-503.

52. Гилман Дж. Скорость передвижения, плотность дислокаций, пластическая деформация кристаллов литий фтора // УФН. — 1963. Т. 70. — №3.-С. 489-514.

53. Меланхолии Н.М. Методы исследования оптических свойств кристаллов. М.: Изд-во АН СССР, 1970. - 156 с.

54. Гольдштейн Р.В., Капцов А.В. Формирование структур разрушения сла-бовзаимодейтсвующих трещин // Изв. АН СССР. МТТ. 1982. - № 4. -С.173-182.

55. Кочарян Г.Г., Кулюкин А.А'., Павлов Д.В. Малые возмущения и напряженно-деформированное состояние земной коры // Физ. мезомех. — 2005. Т. 8. - № 1. - С. 23-36.

56. Кочарян Г.Г., Павлов Д.В. Нарушение и залечивание зон локализации деформаций в массиве горных пород // Физ. мезомех. 2007. - Т. 10. -№ 1.-С. 5-13.

57. Механика разрушения и прочность материалов: Справ, пособие / Под ред. В.В. Панасюка. Киев: Наукова думка, 1990. - Т. 4. - 680 с.

58. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. -640 с.

59. Rise J.R. New perspectives on crack and fault dynamics // Mechanics for a New Millennium: Proc. 20th Int. Congr. Theoretical Appl. Mech. Kluwer Academic Publishers, 2001. - P. 1-23.

60. Анин Б.Д., Черепанов Г.П. Упругопластическая задача. Новосибирск: Наука, 1983. - 240 с.

61. Друккер Д., Прагер В. Механика' грунтов и пластический анализ или предельное проектирование // Механика. Новое в зарубежной науке. Вып. 2. Определяющие законы механики грунтов. — М.: Мир, 1975. -С. 166-177.

62. Ивлев Д.Д.1 Механика пластических сред: В 2 т. Т. 1. Теория идеальной пластичности. М!: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 448 с.

63. Ивлев Д.Д. Механика пластических сред: В 2 т. Т. 2. Общие вопросы. Жесткопластическое и упругопластическое состояние тел. Упрочнение. Деформационные теории. Сложные среды. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. -448 с.

64. Ишлинский А.Ю. Математическая теория пластичности. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 704 с.

65. Ломакин Е.В. Механика сред с зависящим от вида напряженного состояния свойствами // Физ. мезомех. 2007. - Т. 10. - № 5. - С. 41-52.

66. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. М.: Недра, 1996.-448 с.

67. Ребецкий Ю.Л. Тектонические напряжения и прочность горных массивов. М.: Наука, 2007. - 406 с.

68. Стефанов Ю.П. Численное моделирование деформирования и разрушения горных пород на примере расчета поведения образцов песчаника // ФТПРИ. 2008. - № 1.-С. 73-83.

69. Черепанов О.И. Численное решение некоторых квазистатических задач мезомеханики. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2003. - 180 с.

70. Cuss R.J., Rutter Е.Н., Holloway R.F. The application of critical state soil mechanics to the mechanical behavior of porous sandstones. // Int. J. Rock Mach. Mining Sci. 2003. - V. 40. - P. 847-862.

71. Makarov P.V., Stefanov Yu.P., Smolin I.Yu., Cherepanov Oil. Modeling of mechanical behavior of the geomaterials on the mesoscale // Int. J. Multiscale Comput. Eng. -2005. V. 3.-No. 2.-P. 135-148.

72. Хоникомб Р. Пластическая деформация, металлов. М.: Мир, 1972'. -408 с.

73. Трефилов В.И., Моисеев В.Ф., Печковскшг Э.П. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. Киев: Наукова думка, 1989.-256«с.

74. Вишняков Я. Д. Дефекты упаковки в кристаллической'структуре. М.: Металлургия, 1970. - 216 с.

75. Мак-Клинток,Ф<, Аргона А. Деформация и-разрушение материалов. М.: Мир, 1970.-443 с.

76. Мадер С., Зегер А., Лейтц К. Деформационное упрочнение-и распределение дислокаций в ГЦК металлах // Структура и механические свойства-металлов. -М.: Металлургия, 1967. С. 9—41.

77. Мак-Лин Д. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1965.-431 с.

78. Рыбин В.В. Большие пластические, деформации и разрушение металлов. -М.: Металлургия, 1986.-223 с.

79. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Изв. вузов. Физика. 1990. - № 2. - С. 89-106.

80. Панин В.Е., Панин Л.Е. Масштабные уровни гомеостаза в деформируемом твердом теле // Физ. мезомех. 2004. - Т. 7. - № 4. - С. 5-23.

81. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. -М.: Мир, 1991.-240 с.

82. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. М.: Мир, 1979.-336 с.

83. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. - 406 с.

84. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.: Мир, 1990. - 342 с.

85. Жаботинский A.M. Концентрационные колебания. М.: Наука, 1974.178 с.

86. Кринский В.И., Михайлов A.C. Автоволны. М.: Знание, 1984: - 64 с.

87. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическая биофизика. М.: Наука, 1984. - 256 с.

88. Малыгин Г.А. Процессы самоорганизации дислокаций и пластичность кристаллов // УФН. 1999. - Т. 169. - № 9. - С. 979-1010.

89. Ю1.Ханнанов Ш.Х. Физические проявления нелинейности в кинетике дислокаций // ФММ. 1992. - № 4. - С. 14-23.

90. Максимов И.Л., Сарафанов Г.Ф., Нагорных С.Н. Кинетический механизм формирования полосы скольжения в деформируемых кристаллах // ФТТ. 1995. - Т. 37. - № 10. - С. 3169-3178.

91. Aifantis Е.С. On the role of gradients in the localization of deformation and4 fracture // Int. J: Eng. Sei. 1992. - V'. 30. - No.' 10. - P. 1279-1299.

92. Aifantis E.C. Handbook Materials Behavior. New. York: Academic Press, 2001.-291 p.

93. Иванова B.C. Прочность металлов. M.: Изд-во АН СССР, 1956. - 290 с.

94. Тимошук Л.Г. Механические испытания металлов. М.: Металлургия, 1971.-224 с.

95. Гарофало Ф. Законы ползучести и длительной прочности металлов. М.: Металлургия, 1968. - 304 с.

96. Гисман Э. Об инерции пластической деформации стали // Изв. АН СССР. ОТН. 1955. - № 11. - С. 50-57.

97. Ю9.Шагдыр Т.Ш., Вайнштейн A.A., Кошкин Г.К., Стрижак В.А. Определение параметров распределений пластической' микродеформации зерен поликристаллов // Заводская лаборатория. 1976. - № 8. - С. 108-112.

98. ПО.Кибардин М.А. Исследование пластической анизотропии металла статистическим методом // Заводская лаборатория. — 1981. — № 9. С. 85-87.

99. Вайнштейн A.A., Кибардин М.А:, Боровиков B.C. Исследование неоднородности деформации в алюминиевом сплаве АД1-М // Изв. АН СССР. Металлы: 1983. - № 3. - С. 171-174.

100. Wray PJ. Strain-rate of tensile.failure of a polycrystaline material at elevated temperature // J. Appl. Phys. 1969. - V. 40. - No. 10. - P. 4018^029.

101. Пресняков, A.A. Локализация пластической деформации. Алма-Ата: Наука, 1981*. - 119 с.

102. Барахтин Б.К., Владимиров В.И., Иванов, С.А., Овидько* И1А., Романов А.Е. Периодичность структурных- изменений при ротационной пластической деформации // ФММ. 1987. - Т. 63. - № 6. - С. 1185-1191.

103. Титовец Ю.Ф; Применение локальной рентгеновской тензометрии для анализа полей упругих напряжений в монокристаллах кремния в условиях осесимметричного нагружения // Заводская лаборатория: 1991. -№2.-С. 133-135.

104. Быков В.Г. Деформационные волны Земли // Геология и геофизика. -2005.-Т. 46.-№ И.-С. 1176-1190.

105. Elsasser W.M. Convection and stress propagation in the upper mantle // The Application of Modern Physics to the Earth and Planetary Interiors / Ed. by S.K. Runcorn. -N.Y.: Wiley, 1969. P. 223-246.

106. Nason R., Weertman J: A dislocation theory analysis of fault creep events // J. Geophys. Res. 1973. -V. 78. - No. 32. - P. 7745-7751.

107. Николаевский B.H., Рамазанов Т.К. Теория быстрых тектонических волн // Прикладная математика-и.механика. 1985 - Т. 49. - № 3. - С. 462469.

108. Баранникова С.А. Локализация деформации растяжения в монокристаллах легированного y-Fe с углеродом<// ЖТФ. 2000. - Т. 70. - № 10. -С. 138-140.

109. Зуев Л.Б., Данилов В.И., Гончиков К.В., Зыков И.Ю: О новом типе волн пластической деформации4 в; твердых телах // Изв. вузов*. Физика. -2001. Т. 44. - № 2: - С. 46-53.

110. Zuev L.B., Danilov V.I., Barannikova S.A". Pattern* formation* in the work hardening process of single alloyed y-Fe crystals // Int. J. Plasticity. 2001. -V. 17.-No. 1.-P. 47-63.

111. Зуев\ Л.Б., Данилов В.И., Баранникова-C.A., Чумляков Ю.И., Карташо-ваН.В. Кристаллографические аспекты^ макронеоднородного пластического течения металлических монокристаллов // Кристаллография. -2001.-Т. 46: — № 1.-С. 99-107.

112. Зуев Л.Б., Семухин Б.С., Зариковская Н.В. Перестройка автоволновой структуры при деформации »поликристаллического А1 // ЖТФ. 2001. -Т. 71. -№ 5. - С. 57-62.

113. Zuev L.B. Wave phenomena in low-rate plastic flow of solids // Ann. Phys. -2001.-V. 10.-No. 11-12.-P. 965-984.

114. Zuev L.B. Entropy of localized plastic strain waves // Tech. Phys. Lett. -2005.-V.21.-No.2-P. 89-90.

115. Seeger A., Frank W. Structure formation by dissipative processes in crystals with high defect densities // Non-linear Phenomena in Material Science. -New York: Trans. Tech. Publ., 1987. V. 2-3. - P. 125-137.

116. Estrin Y., Kubin P.L. Local strain hardening and nonuniformity of plastic deformation// Acta Met. 1986. - V. 34. - No. 12. - P. 2455-2464.

117. Джоунс P., Уайкс К. Голографическая и спекл-интерферометрия. М.: Мир, 1986.-328х.

118. Zuev L.B., Gorbatenko V.V., Polyakov S.N. Instrumentation for speckle inter-ferometry and techniques for investigating deformation> and fracture // Proc. SPIE. 2002.- V. 4900. - No. 2. - P. 1197-1208.

119. Хилл P. Математическая теория пластичности. M.*: ГИТТЛ, 1956. -210 с.

120. Зуев Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А. Физика макролокализации пластического течения. Новосибирск: Наука, 2008. - 327 с.

121. Кадомцев Б.Б. Динамика и информация. М.: Ред. УФН, 1997. - 394 с.

122. Кольский F. Волны напряжений в. твердых телах. М.: ИИЛ, 1955. -192 с.

123. Дирак П.А.М. Воспоминания о необычайной эпохе. М.: Наука, 1990. -208 е.

124. Новик А., Бери Б. Релаксационные явления в кристаллах. М.: Атомиз-дат, 1975.-472 с.

125. Barannikova S.A. Dispersion of the plastic strain localization waves // Tech. Phys. Lett. 2004. - V. 30. - No: 4. - P. 338-340.

126. Косевич A.M., Ковалев A.C. Введение в нелинейную физическую механику. Киев: Наукова думка, 1989. - 304 с.

127. Zuev L.B., Poletika T.M., Narimanova G.N. The relationship between plastic flow macrolocalization and a dislocation structure // Technical Physics Letters. 2003. - V. 29. - No. 6. - P. 519-520.

128. Васильев B.A., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. -М.: Наука, 1987.-121 с.

129. Земсков В.П., Лоскутов А.Ю. Осциллирующие бегущие волны в возбудимых средах // ЖЭТФ. 2008. - Т. 134. - № 2. - С. 406^12.

130. Zuev L.B., Danilov V.I. Plastic deformation viewed as evolution of an active medium // Int. J. Solids Structures. 1997. -V. 34". - No: 29. - P. 3795-3805.

131. Чечулин Б.Б. Масштабный ,фактор.и-статистическая природа прочности металлов. -М.: Металлургиздат, 1963. 120 с.

132. Alshits V.I., Sandler Yu.M. Flutter mechanism- of dislocation drag // Phys. Stat. Sol. 1974. - V. 64. - P. K45-K49.

133. Gillis P.P., Hamstad M:A. Some.fundamental aspects of the theory of acoustic emission//Mater. Sci. Engng. 1974. - V. 14.-No. 2.-P: 103-108. .

134. Zuev L.B., Semukhin B.S. Some acoustic properties of a deforming medium;// Phil: Mag. A. 2002. - V. 82. -No. 6. - P. 1183-1193.

135. Murav'ev T.V.,. Zuev L.B. Acoustic emission during the development of a Liiders band in a low-carbon steel // Technical Physics. 2008. - V. 53. -No. 8.-P. 1094-1098.

136. Nikitin E.S., Semukhin B.S., Zuev L.B. Localized plastic flow and spatiotemporal distribution'of acoustic emission in steel // Technical Physics Letters. -2008! V. 34. - No. 8. - PI 666-667.

137. Данилов В.И., Баранникова С.А., Зуев Л.Б. Автоволны локализованной деформации на начальных стадиях пластического течения монокристаллов // ЖТФ. 2003. - Т. 73. - № 11. - С. 69-75.

138. Zuev L.B., Danilov V.I., Poletika Т.М., Barannikova S.A. Plastic deformation localization in commercial Zr-base alloys // Int. J. Plasticity. 2004. -V. 20. - No. 7. - P. 1227-1249.

139. Баранникова C.A., Данилов В.И., Зуев Л.Б. Локализация пластической деформации в моно- и поликристаллах сплава Fe 3 % Si при растяжении // ЖТФ. - 2004. - Т. 74. - № 10. - С. 52-56.

140. Zuev L.B., Danilov V.I., Barannikova S.A. Plastic flow, necking and failure in metals, alloys and ceramics // Mater. Sci. Eng. A. 2008. - V. 483-484. -P. 223-227.

141. Zuev L.B., Danilov V.I., Barannikova S.A., Gorbatenko V.V. Autowave model of localized plastic flow of solids // Physics of Wave Phenomena. -2009.-V. 17.-No. 1.-P. 1-10.

142. Зуев Л.Б., Баранникова'С.А., Данилов В.И.' Автоволновая модель пластичности кристаллических твердых,тел: макро- и микродефекты // Кристаллография. 2009. - Т. 54. - № 6. - С. 1040-1050.

143. Зуев Л.Б., Хон Ю.А., Баранникова С.А. Дисперсия автоволн локализованного пластического течения // ЖТФ. 2010. - Т. 80. - № 7. - С. 5359.

144. Zuev L.B., Barannikova S.A. Evidence for the existence of localized plastic flow auto-waves generated in deforming metals // Natural Science. 2010. — V. 2.-No. 5.-P. 476—483.

145. Металлы и сплавы: Справочник / Под ред. Ю.П. Солнцева. СПб: ПО Профессионал, НПО Мир и семья,.2003. - 1066 с.

146. Ф. Данилов>В:И., Зуев.Л.Б., Горбатенко B.Bi, Гончиков К.В:, Павличев К.В. Использование спекл-интерферометрии для исследования локализации пластической деформации // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. - Т. 72. - № 12. - С: 40-45.

147. Горбатенко В .В., Поляков С.Н., Зуев Л.Б. Система* визуализации пластической деформации1 по спекл-видеоизображениям- // ПТЭ.' 2002.-№3.-С. 164-165.

148. Зуев.Л.Б., Поляков С.Щ Горбатенко В.В:, Лопаев Е.Л: Метод вычислительной- декорреляции цифровых спекл-изображений для исследования пластической, деформации.// Автометрия. — 2003. Т. 39. - №5.— С. 102-111.

149. Кудрин А.Б., Полухин П.И., Чиченев.Н.А. Голография^деформация металлов; М.: Металлургия^ 19821 - 192 с.

150. Клименко И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия. М.: Наука, 1985. - 224 с.

151. Джоунс Р., Уайкс К. Голографическая и спекл-интерферометрия. М.: Мир, 1986.-328 с.

152. Zuev L.B., Gorbatenko V.V., Pavlichev K.V. Elaboration of speckle photography techniques for plastic flow analyses // Measurement Science and Technology.-2010.-V. 21.-No. 5.-P. 1-5.

153. Пат. 2403536 РФ, G 01 В 011/16 Способ отображения зон локализациидеформации поверхности в реальном« времени / В.В. Горбатенко, И.И. Маркова. 2009114096 - 28, Заяв. 13.04.09; Опубл. 10.11.10, Бюл. №31.-7 с.

154. Кондратов А.П., Шестопалов Е.В. Основы физического эксперимента № математическая обработка результатов измерений. — М.: Атомиздат, 1977.-196 с.

155. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: ГИФМЛ, 1961.-480 с.

156. Гайдышев И.Г. Анализ и обработка данных. СПб: Питер; 2001. - 752 с.

157. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. М.: Физматлит, 2006. - 816 с.

158. Александров А .Я., Ахметзянов М.Х. Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела. М.: Наука, 1973. - 576 с.

159. Фрохт М: Фотоупругость. М.-Л.: ОГИЗ ТИТТЛ, 1948'. - Т. 1.-432 е.; 1950.-Т. 2.-488-е.

160. Воронцов В.К., Полухин П.И. Фотопластичность. М.: Металлургия, 1969.-400 с.

161. Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов. М.гМир, 1974. - 540 с.

162. Данилов В.И., Гончиков К.В., Зуев Л.Б. Макролокализация пластического течения в монокристаллах цинка; ориентированных; для, базисного скольжения // Кристаллография. 2005. - T. 50. - № 4. - С. 676-682.

163. Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1976. - 391 с.

164. Введенская A.B. Исследование напряжений и разрывов в очагах землетрясений при помощи теории дислокаций; М.: Наука, 1969. - 136 с.

165. Псахье С.Г., Ружич В.В., Смекалин О.П., Шилько Е.В. Режимы отклика геологических сред при динамических воздействиях // Физ. мезомех. —2001.-Т. 4. -№ 1. С. 67-71.

166. Ружич В.В., Трусков В.А., Черных E.H., Смекалин О.П. Современные движения в зонах разломов Прибайкалья и механизмы их инициирования // Геология и геофизика. 1999. - Т. 40. - № 3. - С. 360-372.

167. Макаров П.В., Смолин И.Ю., Стефанов Ю.П. и др. Нелинейная механика геоматериалов и геосред. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2007.-235 с.

168. Опарин В.Н., Акинин A.A., Востриков В.И., Юшкин В.Ф. О деформаци-онно-волновьш процессах в. окресности разрывов // Физ. мезомех.2002. Т. 5. - № 5. - С. 43^9.

169. Опарин В.Н. Зональная дезинтеграциям горных пород и устойчивость, подземных'выработок.- Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008.-278 с.198; Чанышев А.И., Ефименко Л. Л. Математические модели блочных сред // ФТПРПИ. 2003. - № 3. - С. 12-16.

170. Чанышев А.И., Ефименко • Л. Л. Математические модели блочных сред Ч. 3 // ФТПРПИ. 2004. - № 6.

171. Максимов А.П. Горное'давление и крепь выработок. М.: Недра, 1973." -266 с.

172. Баранникова С.А., Надежкин МЛЗ. Локализация, деформации в ионных кристаллах при сжатии // Сб. тезисов докладов ХП Региональной конференции студентов, и молодых ученых по физике, Владивосток, 15-17 ноября 2006.-С. 17-18.

173. Надежкин М.В., Баранникова С.А. Локализация деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов // Сб. материалов- IV Всероссийской-конференции молодых ученых «Физика и химия* высокоэнергетических систем», Томск, 22-25 апреля.2008. С. 102-104.

174. Надежкин М.В., Баранникова С.А. Сравнение картин двулучепреломления и локализации"пластического течения в NaCl, KCl // Сб. материалов

175. V Всероссийской конференции молодых ученых «Физика,и химия-высокоэнергетических систем», Томск, 22-25 апреля 2009. С. 147-150.

176. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О локализации пластического течения при сжатии щелочно-галоидных кристаллов / Сб. трудов Межд. научно-практической конференции «Инженерия поверхностного слоя деталей машин», Кемерово, 9-11 декабря 2009 г. С. 19-33.

177. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О неоднородности деформации при сжатии щелочно-галоидных кристаллов и горных пород // Сб. материалов XIX Петербургских чтений по проблемам прочности, Санкт-Петербург, 13-15 апреля 2010 г. -Ч. 2. С. 123-125.

178. Надежкин М.В., Баранникова С.А. О локализации пластической деформации при сжатии кристаллов 1лБ / Сб. материалов VI Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем», Томск, 14-17 апреля 2010 г. С. 97-100.

179. Баранникова С.А., Надежкин М.В. О неоднородности деформации при сжатии горных пород / Сб. материалов V Рос. научно-технической конференции «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 26-28 апреля 2011 г. С. 123.