Механика разрушения тел 1

[Vil]

После этого мы перейдем к целому разделу, где мы будем детально разбирать те виды трещин, о которых мы говорили - радиальные, кольцевидные, медианную, боковые, которые, по сути, и определяют макроморфологию разрушения.

С нетерпением жду.

[nikitayev]

Как же появляется зародышевая микротрещина?

 

Выдающийся советский ученый Степанов А.В. первый выдвинул точку зрения, согласно которой без пластической деформации микротрещина образоваться не может. Эта точка зрения является и на сегодняшний день превалирующей. Но есть и второй вариант развития микротрещины.

На сегодняшний день различают два типа трещин. Одни идеально хрупкие, или так называемые, силовые трещины. Они возникают благодаря механическому силовому расщеплению слоев кристалла, что-то наподобие расслаиванию слюды, или отрыванию старых обоев. Отличительная особенность таких трещин – плавный изгиб поверхностей и схождение их в вершине трещины на одно межатомное расстояние.

Второй тип микротрещин- дислокационные. Процесс образования дислокаций имеет коллективный характер. В таком коллективе, как говорит Финкель, дислокации могут дружить, сосуществовать и даже враждовать. Если две дислокации находятся по одну сторону от экстраплоскости, то у них имеется две возможности – первая сосуществовать. Вторая связана с тем, что по мере сближения дислокаций их поля начинают взаимодействовать, препятствуя их дальнейшему схождению. Если таких дислокаций много, то наступает такой момент, когда они преодолевают сопротивление упругого поля и сливаются, порождая тем самым небольшую пустоту под крайними атомами. Именно эта пустота и есть источник микротрещины. На самом деле это процесс намного сложней. Срастание дислокаций возможно лишь при большом их количестве, примерно 200-500 в одной экстраплоскости, и к тому же еще ограниченных в своем движении, барьером может служить например граница зерна, инородное включение или другой большой дефект.В таких напряженных условиях и происходит процесс слияния дислокаций. Однако такого количества дислокаций обычно нет. Но трещина растет. За счет чего? За счет многих параллельных очередей, которые взаимодействуют друг с другом и как только появляется первая зародышевая трещина, то нагнетают туда свои дислокации.

Есть и другой вариант слияния микротрещин при их небольшом количестве. Он реализуется при переходе от медленного к динамическому нагружению, за счет этого одноименные дислокации разгоняются и преодолевают силовой барьер. Скорости дислокаций становятся практически звуковыми (в стали до 3-5 км/сек).

Линии дислокаций за счет теплового движения атомов могут изгибаться, то есть на определенном участке возникает дополнительная параллельная плоскость и дислокация как бы продвигается вперед, что облегчает процесс слияния дислокаций. Таким образом, термическое возбуждение кристаллической решетки снижает необходимое количество дислокаций в 5 раз до 40-100, что соответствует реальной картине.

 

 

В.Л. Инденб и М.Х. Блехерман обратили внимание, что самое слабое место в скоплении дислокаций - сама дислокация. Ядро дислокаций может в определенных условиях раскалываться. Напряжения в ядре чрезвычайно велики и разрушение может стартовать прямо из ядра. Было установлено, что в пластичных кристаллах трещина будет распространяться по плоскости скольжения, а в хрупких кристаллах за счет перестройки ядер вскрытие трещины происходит вдоль экстраплоскости. А дислокация при этом самоуничтожается. Заканчиваются ли на этом механизмы зарождения трещин. Нет, конечно! В кристталах дислокации могут перемещаться по различным плоскостям. Встречаясь, они конечно же взаимодействуют, и при этом исчезая, порождают новую дислокацию, плоскость которой расположена в направлении, в котором легче протекает разрушение. Таких дислокационных отпрысков обычно возникает много, они сливаются, порождая трещину.

Большая группа механизмов связана с границами в кристаллических материалах, границами зерен и субзерен. И в том и в другом случае речь идет о стенках дислокаций. Границы эти можно увидеть под падающим световым лучом, по отблеску различных участков. При деформировании кристалла дислокации движутся по разным кристаллографическим плоскостями периодически пересекают их.

Дислокации движущиеся по плоскости скольжения выходят на мезеренное сочленение и находясь на нем поворачивают на угол разориентировки смежных зерен. Но для этого необходимо появление новой дислокации, вектор которой бы замыкал треугольник между векторами. Если граница атакована большим количеством дислокаций, то они сливаясь приводят к появлению трещины в границе.

 

____________________________________________________________________________________Вечером размещу иллюстрации, чтобы было понаглядней.

[nikitayev]

Как и обещал привожу иллюстрации для наглядности и даже маленький фильм о строении кристаллов и дефектах, в том числе дислокациях.

показана схема краевой дислокации и дополнительной полуплоскостью

дислокации в электронном трансмиссионном микроскопе

А вот показано как взаимодействуют группы дислокациий (изображение получено с помощью трансмиссонного электронного микроскопа)

границы зерен в кристалле

Схематическое изображение границ зерен в кристалле

виды стыковок между зернами

3-D моделирование дислокаций

Компьютерные возможности в моделировании дислокаций

ссылка на фильм

 

Завтра поговорим еще об одном интересном механизме зарождения микротрещин - двойниковании.

[myt]

В копилку:

 

Волновые аспекты механической травмы / Леонов С.В., Михайленко А.В., Никитаев А.В. // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. — Хабаровск, 2013. — №13. — С. 122-127.