Молекулярная динамика и кинетика больших пластических деформаций тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

т

' »I

ГЧ €-'.*-• •

и 1) ' :.< На правах рукописи

ИСКОВ Александр Андреевич МОЛЕКУЛЯРНАЯ ДИНАМИКА' И ШИШКА

болыш МИСТИЧЕСКИХ Д&КЖЛАЦИЯ

Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела

.Автореферат диссертации яя ¿оисквякв уч9воЯ стонем хатакдата физяко-^атоматотвеюве Я8ук

Санкт-Петербург, 1395

Работа выполнена в санкт-петербургской АО "левнишшшш".

Научные руководители! доктора физико-махеиатичвских наук:

- профессор .и.Владимиров!

- профессор А.К.Уедькер

ч Официальные оппоненты - В.А.Лкхачев, профессор, д.ф.-м.н.,

зав.кафедрой СПОГУ« - С.Н.Романов, к.ф.-и.н., ведущий науч. сотрудник лаборатории научно-исследовательских тренажерных комплексов эныф СПбГТУ.

Ведущая организация - Физико-технический институт им.А^Ф.ЦоФфе, г.Санкт-Петербург /

Защита состоится 18 октября 1995 г. в /О на заседании специализированного совета Д Обз»38.21 при санкт-петербургском Государственном Техническом университете, по адресу: 195251» Санкт-Петербург, ул.Политехническая, 29

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУ.

Автореферат разослан я/6" 1995 г.

Ученый секретарь специализированного с :вета, к.ф.-м.н., доцент

А.А.ВасилЬев

0К1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Склочность к трещинообразовакию является одной из важнейших характеристик материала. Разрушение согзрстоздает-ся неоднородной пластической деформацией, локальная структурными изменениями, амортизацией и интенсивным разрыхлением материала. зарождением и развитием микротрещин. Такие процессы характерны для зон предразругаетга, возникающих перед их вершинами. Масштаб зон составляет величину порядка 0,1 - 0,3 шел, что затрудняет их экспериментальное изучение на реальных материалах. Необходима разработка базовых моделей, с ломощыо которых можно исследовать зоны предразру-шепия, ~ Цель работы: _

- на атомном уровне, используя метод'Молекулярной динамики, изучить деформацию и разрушение аморфного материала на двумерной мод-ллиг

- на мезоскопическом уровне разработать модель деформации и разрушения, учитывавшую структурные изменения, происходящие на атомном уровне,

- выявить общие черты структурных изменений, происходящих во время деформации на атомном и мезоскопическом уровнях.

Научная новизна работы заключается в тем, что в ней впервые рассмотрены параллельно два структурных уровня деформации: дискретный (микроскопичеокий) и континуальный (мезсскопический). Практическая ценность работы в том, что:

- результаты исследования раепшряют представления о микро- п мезо-скоггаческгх процессах пластической деформации и разрушения. Эти результаты могут служить входными данники для построения ""

Т!Шфосм^ескзх_моделей пластической дефомйййи в разрушения.

- предложен количественный 1фитерий перехода пластической деформации в состояние неустойчивости с последующим разрушением.

Основные защищаемые положения:

- представление об аморфном материале как о топологически двухфазной системе, особенности деформации и разрушения тагсос систем,

- пластическая деформация кал процесс развития структурных неустой-чивостей на разных масштабных уровнях,

- разрупение как заключительная фаза развития структурных неустойки-воете", сохраняющая сплошность отдельгтя частей твердого тела

при невозможности сохранения первоначальной сплошности.

Апробация работы. Материалы диссертации докладьшались и обсуада-лксь: I) на 5-м Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Алма-Ата, 1981), 2) на 5-й Республиканской конференции "Физика разрушения" (Черновцы, 1985), 3) на 2-м Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1985), 4) на Всесоюзном семинаре "Физика прочности композитов" (Толмачево, 1985), 5) на Международной конференции "Актуальные проблемы прочности" (Новгород, 1994), 6) ка ¡Международной конференции "Математическое моделирование процессов обработки материалов" (Пермь, 1994), а также на семинарах ОТИ РАН им. А.О.Иоффе,'КИРИЛЛ СПбГУ, кафедры физики металлов ОПЫТУ.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в десяти . на^ных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка литературы, семи приложений. Содержит 6/2/ страниц основного текста, ЗУ .страниц текста приложений,

З?1 рисунков, £> таблиц, список попользованной литературы из 3&. наименований .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены основные этапы исследования разрушения твердых тел, актуальность ташх исследований в современных условиях, необходимость учета влияния структурных дефектов ка прочность материалов. Дана краткая характеристика разделов, раскрыта научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

I. Пластичность и разрушение. Состояние вопроса.

Сделан обзор работ о связи пластичности и разрушения, лаг,непарной и турбулентной пластичности, неустойчивости пластической деформации, об условиях зарождения микротрещин. Отмечено, что пластичность и разрушение связаны общим свойством чеус. ойчивост™ поведения материала под • нагрузкой. Необратимая пластическая деформация вг.звана неустойчивостью ^положений атомов в кристаллической либо а1.юрфной структуре. Ламинарный характер пластичности с увеличением плотности движущихся дислокаций в материале'" сменяется пластическими поворотами, что-свидетельствует о расширении масштаба неустойчивости и согласованных перемещениях материала. Завершающей фазой развития структурных неус-

TDiraiBocTeíi в материале является его разрушение. При этом локально восстанавливается исходная структура материала, соответствующая тер-■модинамическим условиям. Отмечено, что перед вершиной распространяющейся трещины происходят пластические повороты материала, которче связаны с сильной неоднородностью пластической дефоргацяи.

На основе анализа литературных данных поставлена задача исследова-Ш1я структурных неустойчивостей на разных масштабных уровнях (кикро-и мезоскопическоп) и выявления пх общих закономерностей.

2. Деформация и разрушение аморфного материала

Растягиваемый двумерный образец содержал 1600 атомов, взаимодействие которых описывали потенциалом Морзе. Плотность дефектов з образце составляла порядка Ю1® м-^, что обеспечивало аморфность структуры образца в целом. При деформации координаты атомов изменялись согласно формулам

x.'^x-C-i-v&.e) , _yfY+AS) 5 (I)

где и - новые и старые координаты, У - коэффициент Пуассона, Afi - приращения деформации. Затем координаты части граничных атомов -фиксировали, а для остальных методом молекулярной динамики проводилась релаксация образца, во время которой методом Нордсика пятого порядка решали уравнения движения и определяли новые равновесные положения атомов. Эта процедура повторялась на каждом шаге приращения деформации &S. В расчетах использованы слудующие значения параметров: Л£ ~ 0,5^s V«0,38, парш.:етр решетки 2,716• IG_iom, шаг интегрирования по времени сА>•» Ю^^сек. Упругие напрянения вычислялись по формулам л

-kt f Ц хч > tg в щ ' (2)

где ítj -'номера атомов в образце, £ü¿ - атомный обьем, связанны:-; с ¿ -м атомом, соответствуют индексам х,ц для напряжений, _ расстояние кеаду атомами i и J , ' t-ij - проекция на координатную ось i>¿ , U - потенциал взшшодейемшя.

Начальная структура дефоршруеиого образца показана на рио.1. Граничные атомы, фиксируемые при релаксации, соединены общей линией (вверху и внизу). Отдельные ддоктшяпни изображены треугольниками, отдельные дислокации - отрезками длиной порядка

щрамзтрг ранетки, Ломание линии внутри образщ изображают оборван-ккз граница раз ориентировки. Участии поваленных растягивающих напряжений отмечена штриховыми линиями. Дефектные участки обозначены через Ас В, С, граница раз ориентировки - через .

Изменения структуры при растяжении показаны не рис.1-6,. Несплошности (мпкротрещины) возникают на дефектных участках с повышенным уровнем растягивающих напряжений при деформации 3,5-5 % (рис.2-3). Наибольшая вероятность возникновения несрлошносуи существует на ' участкахс ориентированных перпендикулярно направлению растяжения. Одновременно такие участки являются предпочтительными для распрост-ракэкш; мкг-фо трещин. Перед вершиной растущей микротрещины имеются зоны с повышенным уровнем растягивающих напряжений, перемещающиеся виестс с вершиной. Они аналогичны зонам предразрушения, существующим перед вершинами макротрещлн. По мере роста микротрещин концентрация энергии уменьшается (рис.3-5). Слиянию двух микротрещин предшествует взаимодействие их зон предразрушения, что видно на рис„5-60 Микротрещина, распространявшаяся вдоль Ьц , резко изменяет свое направление под влиянием неспдошности на участке С , этому предшествует слияние их зон предразрушения.

Црк разрушении устраняются искагекия, вносимые в решетку дефектами На рис.7-6 показаны изменения, вызванные образованием микротре-щшга на участке оборвазшой границы . Микротрещина возникла при объединении дислокаций в правой части и распространилась влево (вдоль ¿1$) за счет присоединения дислокаций. В результате индивиду. алънке дефекты (дислокации) сформировали единый дефект (микротрещину), что устранило локальные искажения решетки. При этом кристаллографические плоскости по обе стороны неогкошности разориентировались на несколько градусов, Заметано структурные перестройки произошли на участке 5, оборванных границах ¿й , ¿»д. , , На границах и структуре. релаксаровала путем выхода дефектов свободную поверх- . нссть образца. На стадш, соответствующей & * 10-/2% , микротрещины рослк^присоединяя дислокации. Пр-г более высокой деформации возможен разрыя перемычек между неоппоинос.яш. Например, распространение несюгошнести & в оторону области В произошло как за счет слияния дгелокаций,'так и путем разрыва межатомных связей. На отдельных участках релаксация происходила только путем структурных перестроек, бзь образования неоплошности.

При деформации В уровень напряжений на большинстве участков

РкоД. Исходная структура

Рко.З. Деформация 6 %

j^-'J.

J

Рис.2. Деформация 3 $

Рис.4« Деформация

û cf

г» _ я^с'лд о—о—-:-- ^оборванные гра-УГ<?О2В2й .^екгкгчвягя: ° a<.c„a¿r

. -nnrpMîtp TwvoTJijrt^s SÏÏC'JÏÏ, лОН-

* в A - «юш««« « едаяиыт

t'Mossue ааимекозания дефекта расунках.

дееяею вшазшв sa разных

Рио.7. Походная структура Рис.8. Структура границы ¿л

граница при деформации 9 %

На риоД-8 поданы деформационные изменения двумерного аморфного образца -яра статичеоком растякении. Видно, что нес-шхошнооти возникают на дефектных участках о избытком упругой энергии при деформации 3,15 - б %. Разрушение происходит в топологически неупорядоченной фазе, нарушая ее топологии.

Стрелки на рис.7-8 показывают направления перемещений атомов дефектного участка ', цифрами 5 и 7 - отмечеао число ближайших соседей атома (координационное число).

• упал до нулевого, площадь участков с пов-г-атт уровней напряжешь сократилась приблизительно на порядок. Вероятность зарождения новис несплодаостей на еще оставшихся дефектных участках становилась очень шяой, наиболее вероятным событием стало далькейпее распроотра--некие иеегогоаности (\ через В в сторону ¿1 и частичное распростра-некие ¿1, в сторону

3. Пластичезкая деформация в зоне предразрущенкя.

Рассмотрена модель пластической деформации на мезоскопическом уровне, в которо« было принято следующее:

1) Ш&С1ЯЧ60ГАЯ деформация однородна в объемах порядка длины свободного пробега дислокаций;

2) Направления линий Скольжения совпадают с направязниямл максимальных касательных напряжений

3) Скорость пластической деформации зависит от уровня эффективных касательных напряжений

^Ы* , -Тг, (3)

где у - сдвиговая деформация, - размерный параметр, »ч - показатель скоростной чувствительности, ^г - предел текучести, Xяж Ъ* -упругие и дальнодействующие напряжения, локальное уп-

рочнение, ¿V - деформация на пределе текучести, п - показатель упрочнения;

4) Превращения дальнодействующих напряжений ¿(^квазилинейно связаны с приращениями дефорь.ация Д^

где с/,/В - обозначали коордика-иш осек, - координа-

ты точек пластической зоны (зоны яредразручеяпя}, «З^а- Квазилинейны» коэффициент, учитывающий влияние пластической деформации в эдеме::?«, центр которого совпадает с точкой (х'.У) , на далыгодейству-вдие спряжения в точке (х,у) .

Угол кепку направлением максимального растяжения «г. к осыо X находится по формуле

с^^онс^ (Л?*, /Ю-*Ъ(<~'(5)

а композиты тензора дефорМрдаи на основании

(б)-

(ayéuA.)

i'де. ¿ - плгсппссчгя деяормахшя^прякого угла между главный осями

тензора наиряг.ени (рис. 9).

Пункт I приблизительно выполняется для микрообьемов порядка :;,I-T мкм. Пункт S лправедлул в условиях, когда кристаллическое строение материала несущественно (например, в мелкозернистом материале, ¡три сильной пластической деформации). Пункт 3 представляет механическое уравнение состояния твердого тела с учетом деформационного упрочнения. Пункт <". принят на основании теоретических оценок поля папря-яенгК от дослокацно-'ных скоплений, образующихся при пластической деформации. Типичные скопления дислокационных зарядов (дпсл.окатй одного знака) показана на рис.3, а,б. Б модели различают заряды, сга-занккз с влиянием нормальных и касательных компонент тензора ьапря-зсе:"1й: наряди растяжения (рис.9,а) и заряды сдвига (рис.9, б). Считается, что реакции между зарядами отсутствуют.

Л~.я вычисления дальнодействукщих напряжений разработан метод.ксто-рк7: могло наыять методом изолированных элементов. Под изолированным элементом поипмасуея ксзоскопичес1ЛЯ область (кезообьегЛ, находящая- • ся кнутрн упруго.: среды. Дислокации СЕободно перемещазтея внутри иластцчзсхи декореаруекого элемента, но не могут перейти в упругую среду и оканчиваются па границах мззообьема. Еатормо.т.ешше на границе дислокации имезт одинаковый знак к рассматриваются как дислокационные заряды. Плотность зарядов пропорциональна степени несовместности пластической деформации, в стенке плотность зарядов каждого типа (рас-тяжешм либо сдвига) зависит от ориентации направлении лыей скольжения ( угла Ы-).

В работе вычислена интенсивность далнодейогэувщих напряжений, гоперируеыых транпчпши аарядаш преуоугсльнох'о изолированного элемента размером ¿¡л *к при в лвбей точке внутри и зге элзминта, за исключением граничных. Результаты вь"жсл8нл2 - значения коэффициентов - приведены в Таблице. Там к s изобрази а локальная система координат, совмещенная с центром элемента. Коэффициенты - тензоры,. пг'одставяяюадас собсЛ сумму напряжений, создаваемых клаеьь.чи дислокациям:!. Дальнсдействущг.е iiair тхенпк ычисляптся согласно (4),

Чпслешше решения уравнения (3) для одного элемента показшзают устойчивость деформации (скорость де$орлации уменьшается до нуля, рис, 10, a)^ Физически это означает, что з таком элементе происходит дальнодействртдез упрочнение за счет дислокаций, скопившихся на границах упругой и пластической зон. В произвольном случае (6j о)

с '

направления максимального растякегаи (угол с*' ) спеца тая в еторону наибольшей по вел:гчине компоненты напряаешы, либо <5^ .

Численные расчеты зоны предразруиения проводились на расчетной сетке из квадратных элементов (6-20 элементов размером I ютд и менее). Сильная неоднородность деформации учитывалась введением по границам элементов дислокаций несоответствия (дислокационных зарядов), плотно-кость котерш: пропорциональна (, где & - параметр решетки, - функция, учитывающая количество зарядов растяжения и сдвига на границах элементов (см. таблицу), - разность деформации двух соседних элементов. Расчет методом изолированных элементов ке требует вычисления ду . Плотность зарядов на границах каждого элемента определяется деформацией, которую он получает согласно (3). Однако даль-нодействуютцпе напряжения, согласно (4), учитываю? зависимость Тх/ от всех окрртащих элементов. При этом нужная плотность.зарядов на границах получается автоматически, без-специальных зычпелешй.

Расчеты зоны предразрушения показали, что в общем случае деформация либо имеет устойчивый характер, либо переходит в состояние неустойчивости (рис.1С). При этом деформация соседних элементов носит характер согласованной (как по величине, так и по направлению) деформации растяжения-сжатия, когда растяяешт элемента соответствует сжатие соседних г> том же направлении. При этом ¡¡а стихах элементов происходят вихреобразныо повороти, в центре которых могут возникать микротрещины (рис. 10, 14).

Переход к неустойчивости зависит от коэффициента интенсивности 1гапрягг.('1:;'Л ^ : существует такое критическое значение ¡С* , что при К < деформация устойчива, при К > - неустойчива. Поре-ходу соответствует "шахматная" оргзнтация направлений (согла-

сованная по величине и кагршяеппю деформация); _ когда направления (Г«»к соседних элементов взаимно перпендикулярны (рис.Т'\ б). При -«том на части расчетных элементов дальчодействупцее упрочните сменяется разупрсчпетеи, при которо1. дислокационные напряжения начинают усиливать поле упругих напряжений от внешней нагрузки (рис.II)

Скорость перехода к неустойчивости зависит от:а)велкчины коэффициента К (чем болъме К , тем быстрее г зязляется неустойчивость, рис. 12), б) размеров расчетных элементов (при уменьшении размеров переход замедляется, при больших размерах,порядка 2-3 мп,;,переход к неустойчивости не наблюдается), в) механических характеристик материала (более пластичные материалы быстрее теряют устойчивость). Зависимость деформационных параметров от безразмерного отношения /с/к*, (рис. 13)

г

-и. I ±±

ь

Ь- л \ н

н

ТТ| тт а)

ег

I

ч/Л* ■>

Рис.9. Схемы зарядов растяжения (а) и сдвига (б), уголок (в)

л. ^/-Ь*)

Рис.10.Зависимость эффективных напря*- 'ий от времени, изиеневие направлений усилия растяхения при пластической деформаций

вг* -в * *

* I 4 1

ч тт тт к

1. гд

V

ч 1111 ь-

_ <31 _ <«■

-{ т * т

. г Л8" •О-

X «1»-

* * *

У* * к *

Рис. II, Схема изменения направлений действия дальнодействующкх .,' напряжений при переходе к неустойчивости

Ю

показывает, что пгреход не является критическим собтием и скачки в значениях параметров в момент перехода отсутствуют.

На рис.10 изображены схемы направлений на 6-ти элементной сетке в момент прекращения деформации (устойчивый случай, рис.10, а) и при неустойчивости (рис.10, (5). В устойчивом случае конфигурация конечных направлений б*»м зависит от величины К, : чем ближе отношение К/Км к единице, тем ближе конфигурация ©¡».а к "шахматной" (рис.10, б). Из графика величины ¿'«/к») (угол для элемента II, обозначения на рис.Ю) видно, что деформация становится неустойчивой, кода "шахматная" конфигурация полностью сформирована (углы о£ в элементо II и согласованных с ним по направлению растяжения элементах становится приблизительно равны нули). Это позволяет определять критические значения , т,к» "шахматная" конфигурация 3'»*» устойчива, несмотря на резкое повышение скорости деформации. Устойчивость "шахматной" конфигурации ьатематически определяется нулевыми значениями производных оЬзС/о/^ в зтот период.

4. Развитие кеустойчивостей и разрушения. /

Сравнение растяжения образцов (одинаковых по внутренней структуре) с частично фиксированными (гл.2 ) и полностью фиксированными граничными атомами ' показывает, что вероятность образования микротрещин зависит от граничных условий: в образце о полностью фиксированными границами зарегистрировано в два раза больше участков разрушения, чем в образце, в котором яг. 60у? гра5шчных атомов фиксировано (рис.2). Механизмы разрушения качественно совпадают: несплошности зарождаются только на дефектных участках с повышенным уровнем растягивающих нап- . ряжений, несплошность распространяется перпендикулярно направлению растяжения, вместе о вершиной несплошности (микротрещины) перемещается зона концентрации напряжений, уменьшающаяся по мере рост несплошности.

Частичное освобождение границ дает дополнительную возможность релаксации структуры за. счет выхода дислокаций на свободную поверхность образца. Например, напряжения на границе Ь$ , наклоненной под углом 4В" к оси растяжения, редактировали в основном путг м ухода дислокаций к свободной поверхности, в результате з правой части образца образовалась интрузия (рис. 6 ). Аналогичная интрузия возникла слева, в месте выхода ¿2 на поверхность. На этих границах ни одной неспчошности не образовалось, хотя при растяжении с фиксированными

границами здесь такие наблюдалось зарождение неоплошностей. На остальных участках ( Л, Б, С, ¿.3. , ¿л, ) релаксация происходила путем разрушения. Образование несплошностк устраняло структурные искажения, вносимые дефектами (рис. V-Ь ). При этом происходила разориентация 1фисталлографпчр.С1;их направлений по обе стороны микротрещинь, достигавшая нескольких градусов.

Неустойчивость пластической деформации а кезоскопическом случае связана с перераспределением энергии, проясходяп¡ш б зоне предразру-' тения перед растущей трещкно.!. Зона предразрушешя разделен на расчетные элементы, неоднородность деформации которых учитывается введением на границах элементов дислокаций несоответствия (дислокационных зарядов). Кагдий расчетный элемент, рассмотренный при такой же нагрузке, но изолированно от других элементов, устойчив. При деформации на границе элемента накапливаются заряды, плотность которых пропорциональна степени деформации, а поле далькодействуицих напряжений компенсирует поле внешних напряжений, замедляя п прекращая развитие , деформации. Совместная деформация тех Ее элементов носит согласованный характер (направления растякения-сжатия элементов скоррелированы между собой), при этом часть элементов с течением времени разупрочняются. Скорость деформации таких элементов начинает увеличиваться, что в реальных условиях приводит к ~ разрушению материала.

При неустойчивости в материале возможны пластические повороты зяхреобразного характера (материальные повороты). Центром поворота является общая точка 4-х неустойчивых алемрнтов, ка рис. 10,6 стрелками показаны направления поворотов. Перемещения материала з окрестности центра показаны на рис.14. При согласованной деформации £у. -на стыке элементов формально образуется несплоиность (рис.14(а. точка 0). Оценка величины поворота (¿^показывает, что в окрестности стыка элементов и)я " учащается с удалением от центра О (рис.14,б).

В зоне предразруше^шя неустойчивость зависит от размеров и расположения сетки элементов относительно зорзшны трещ-шн, вихреобразкые повороты согласован!! со направлению и величине и способствуют раскрытию трещины.

Эти результаты ' 'хорошо "" согласуется с- зкенеримзнтальшг.и

фактами, согласно которым; 1) вблизи участков разрушения наблюдаются локальные повороты материала, 2) микронесплож-юсти возникают на стыках фрагментов, 3) гракицы фрагаектов располагаются параллельно 12

Ркс. 12.Длительность периода перехода к неустойчивости '■

-Г.. I.

ъ'

0,5 ■'/

\ /

\ у

• г

0 \

5'

ЯО ко

1,0

К/И*

Рис.13.Схема определения критического значения коэффициента К

с*

V I

_ А__1

ч

-«^гИ»

ВЦ-

25

и

J I

!

I >*

*

А

Jй

-гН

"/ и

I \

Рис.14,Перемещения материал1^ в окрестности стыка элеменгов

и характер изменения величины поворота в зависимости от расстояния £ . Первоначальное полоаеико границ эло- ~ ~ ментов - сплошные' лкиии, деформированное - птриховые л'инии. '

Таблица

Аналитические значения коэффициентов д£.

¿Ху = £ + ¿«7, 21 ■ фу (Ю>

~ и) = ^ • % ШЬ > . г

Ж

либо перпендикулярно растяжению, 4) размеры фрагментов порядка I мкм ,5) включения, более твердые, чем матрица металла, замедляют разрушение^) критическое значение К¥ (критерий перехода к неустойчивости) ниге, чем Ц<е_ . ,

Результаты молекулярно-динамического исследования хорошо совпадают с экспериментальными данными: а) микронесплошности возникают на дефектных участках, где существует повышенный уровень растягивающая _ напряжений, б) возникновение микронзсплошностей соответствует деформации 3,5-5$, в) несплопшости распрострсшяются вдоль дефектных участков перпендикулярно направлению растякения, г) при распространении несшюшностей смещаются зоны концентрации напряжений (аналогично зонам предразруиения).

Рассматривая пластическую деформацию на дискретном и континуальном уровнях, мы видим, что пластические изменения связаня с развитием коллективных неустойчивостей разного масштабного уровня, начиная с отдельных дислокационных перемещений вплоть до самосогласованной деформации, приводящей к материальным поворотам в материале и ь разрушению отдельных участков материала. При этом разрушение является способом сохранения структуры и сплошности отдельных -частей материала в условиях, когда его сплошность в целом сохранить невозможно из-за избытка упругой энергии. Разрушение выводит избыток энергии из системы, восстанавливая равновесное состояние системы за с*ет чао.;:ч-14

ной потери сплошности.

Разрушаемы!'; материал на любом уровне можно представить как двухфазную систему. Большая по объему фаза топологически более упорядочена, с ней связана большая часть деформационных изменений в материале, топология фазы в процессе деформации и разрушен ;я сохраняется. Примером фазы, могут служить внутренние области фрагментов либо кристаллографически упорядоченные участки аморфного материала»

Меньшая по объему фаза, топологически значительно более разупоря-доченная, испытывает сильные структурные изменения, обуславливающие материальные либо кристаллографические повороти в материале» Упорядочение этой фазы нарушает ее исходную тополсгш. Пример - оборванные границы разориентировки либо фрагментационные границы.

Пластическую деформацию определяют процессы в частично упорядоченной фазе, разрушение происходит в топологически неупорядоченной фазе. Топология деформации и разрушения от структурного уровня не зависит.

Основные результаты, полученные в работе:

1. Дана классификация неупорядоченностей'аморфного материала как двухфазной системы, состоящей из топологически упорядоченной и топологически неупорядоченной фаз.

2. Пластическая деформация' аморфного материала устраняет позиционную неупорядоченность, зарождение и распространение трещин проходит по топологическим границам зерен, т.е. в топологически неупорядоченной фазе, при этом исходная топология фазы нарушается.

3. Построена математическая модель кинетики больших пластичеоких деформаций на мизоскопическом уровне, для которой лредлсжен мЪтод вычисления дальнодействуидего уточнения, обобщающий ранее известные методы.

4. Кинетические расчеты пластической деформации материала с,л статической нагрузке показали, что:

а) в стесненных условиях деформация переходит в состояние неустойчивости, если коэффициент интенсивности напряжений превышает некоторое критическое значение,

б) сильная неоднородность деформации в зоне предразрушения приводит к самосогласованной деформации рас тяге ния-сжатия.

в) перед вершиной трещины возникают вихреобразные пластические повороты материала, формирующие микронесплошности. В этих условиях ламинарная пластическая деформация переходит в турбулентную.

с

5) Показано, что независимо от масштаба, разрушение является результатом развития в твердом теле пластических неустойчивостей, вызванных избытком внутренней энергии при механической нагрузке. Неустойчивости возникают на участках сильно, неоднородной деформации и сопровождаются увеличением плотности дефектов. Турбулентный характер пластической неустойчивости связан о коллективными свойствами дефектных структур. Разрушение является заключительной фазой развития неустойчивостей, позволяащей сохранить сплошность отдельных частей твердого тела при невозможности сохранения первоначальной оплошности,

6) На обеих уровнях отастшескув деформацию определяют процессы в частично упорядоченной фазе, разрушение происходит в топологически неупорядоченной фазе. Топология деформации и разрушения_от структурного уровня не зависит.

7) Результаты теоретического исследования хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Список работ» отражапцих ■ основное содержание диссертации

1. Микроскопические модели пластической зоны перед вершиной трещины /В.И.Владимиров, Д.Н.Карпинский, А.А.Мохов, А.Н.Орлов, Н.Д.Приемский, С.ВоСанников //У ВсесовзныЯ съезд по теоретической и прикладной механике: Аннотации докладов .-Алма-Ата,: Наука, 1981.-С.94. '

2. Владимиров В.И., Мохов Влияние локального упрочнения на развитие пластической деформации в зоне продразрушения //$ТТ.-1983 Т.25.- »I.- С.2837-2839. ■ _________

3. Владимиров В.и., аохов A.A. Ротационная неустойчивость в зоне предразрушения //Экспериментальное исследование и теоретическое описание дисклийаций: Сб.научн. трудов.- Л.: ФТИ, 1984.- С. I8I-I88.

4. Владимиров В.И., Мохов A.A. Ротационные моды пластической деформации у вершины трещины //Тез. докл. У Респ. конф. "Физика разрушения", 21 - 23 мая 1985 г., Черновцы.- Киев: ¡ПК Ж УССР, 1985.- С. 28-29.

5» Владимиров В.И., Мохов A.A. Условия развития ротационной неустойчивости в зоне предразруиения //$ТТ.-1985.-т»27.- 2*7.- С. 21852187. ■ .

6. Владимиров В.II., Мохов A.A. Влияние композитных включений на кинетику больиих пластических деформаций //Механизмы повреждаемости и прочность гетерогенных материалов: Сб. научн. трудов.- Л.: ФТИ, 1985«- С. 29-31.

7. Владимиров В.П., Мохов A.A. Зависимость характера деформации а зоне предразруяеяил от коэффициента интенсивности напряжений //Тез. докл. II Всесоюзн. сдапозиума по механике разрушения, 15 - 17 окт. 1985 г., Житомир.- Киев: ИПП» 1985.- T.I.- С. 25»

8. иохов A.A. Масштаб пластических ротаций перед вершиной трецины //Теоретическое и экспериментальное исследование дисклмнаций: Сб. научн. трудов.- Л.: ФТИ, 1986.- C.2I8-22I.

9. Мелькер А.И., Ь'лхов A.A. Молекулярнодинамическое исследование разрушения аморфных материалов при свободных граничных условиях //Актуальны« цроблемы прочности. Тез. 1 Меад. сем. "Актуальные проблемы прочности". Новгород, 25—30 сентября 1994 г.- С.123

10. Мохов A.A., Мелькер А.И. Молекулярнодинамическое исследование деформации и разрушения аморфного материала. //Математическое моделирование процессов обработки материалов. Teai докл. Меад. конф. Пермь, 17-19 ноября 1994 г., ч.2 - С. 32-33.

Подписано к пзчати /4.07. ¿ ~ Тирах Д)0 экз.

Заказ ü 4ZZ.

Отпечатано на ротапринте СПбГТУ. 145251» Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29-