Разрушение твердых тел

Санкт-Петербургский государственный университет

Факультет прикладной математики – процессов управления

Кафедра вычислительных методов механики деформируемого тела

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Разрушение твердых тел под действием внешней среды и внешних усилий»

Выполнил: студент 316 группы

Лебедев Д.О.

Руководитель:

д.ф-м.н., проф. Даль Ю.М.

Санкт-Петербург

2010 г.

Содержание

Введение

1. О критерии прочности

2. Радиационное повреждение конструкционных материалов

3. Коррозия металлов под напряжением

4. Прочность твердых деформируемых тел в газообразных средах

Литература

Введение

Многолетняя практика показывает, что трещины играют определяющую роль при разрушении конструкций, изготовленных из высокопрочных материалов. Разрушение обычно начинается от исходных микродефектов при весьма низких напряжениях. Любые факторы, способствующие росту трещин в процессе эксплуатации инженерных сооружений, представляют большую опасность. К ним относятся: радиационное и коррозийное повреждения, влияние активной внешней среды (жидкой или газообразной). Далее рассматриваются некоторые из этих воздействий.

1. О критерии прочности

Основным исходным положением механики разрушения является то, что нестабильное развитие трещин начинается тогда, когда коэффициент интенсивности K напряжений у вершины трещины достигает критической величины K_c . Значение K_c зависит от многих факторов. С помощью соответствующих экспериментов, возможно определить критический коэффициент интенсивности напряжений.

Пусть T = Dσ (где D = 2a – атомный диаметр) сила взаимодействия между двумя параллельными рядами атомов, отнесенная к единице длинны этих рядов. Зависимость Т от изменения расстояния между атомами 2η имеет вид, показанный на рисунке 1.

Рисунок 1– Зависимость Т от изменения расстояния между атомами 2η

Одной из подходящих аппроксимаций этой зависимости будет выражение

(1)

После некоторых преобразований формулы (1) выражается плотность поверхностной энергии упругого твердого тела :

(2)

где - предел прочности на разрыв, E – модуль Юнга.

Стоит заметить, что прочность материала зависит именно от значения . Так же радиационное и коррозийное повреждения и воздействие агрессивной внешней среды тоже влияют именно на этот параметр.

На рисунке 2 приведена диаграмма напряжений при растяжении для данного материала.

Рисунок 2 – Диаграмма напряжений при растяжении

где - предел пропорциональности, - текучести, -прочности.

2. Радиационное повреждение конструкционных материалов

Исследования показывают, что облучение нейтронами приводит к возникновению в металлах резкого предела текучести, типа наблюдающегося у железа. Одновременно заметно увеличивается величина предела текучести и меньше – предела прочности. Отношение предела текучести к пределу прочности при этом возрастает, поэтому равномерное удлинение (ε%) обычно уменьшается, иногда очень резко (рисунок 3).

Рисунок 3– Влияние облучения нейтронами (5 10¹⁹ медленных нейтронов на 1 см² при 100°С) на кривую напряжение-деформация для меди. Пунктирные кривые – облученные образцы, сплошные – необлученные

Таким образом, облучение приводит к упрочнению металла. Даже после кратковременного облучения предел текучести выше, чем до облучения, а также обнаруживается несколько большая температурная чувствительность в интервале температур от 0 до -100° С.

Существуют и другие особенности радиационного упрочнения:

1. В металлах, подвергнутых холодной деформации, радиационное упрочнение менее заметно, чем в отожженных металлах.

2. Отжиг[1] влияет на радиационное упрочнение.

3. В сплавах могут возникать дополнительные эффекты при облучении, связанные, например с ускорением фазовых превращений.

Для разрушения наибольшее практическое значение имеет повышение критической температуры перехода от вязкого разрушения к хрупкому (для хладноломких металлов). Кроме железа и стали, это влияние было обнаружено в молибдене и вольфраме. В качестве иллюстрации величины этого эффекта можно привести результаты экспериментов на мягкой стали, которая перед облучением имела критическую температуру - -60° С. Облучение потоком 4,4×10¹⁹ быстрых нейтронов на 1 см² повысило переходную температуру до + 25° С, а облучение потоком 1,2×10²⁰ быстрых нейтроном на 1 см² повысило ее до +60° С.

Другой вид эффекта охрупчивания заключается в развитии внутренних трещин.

Эффекты при облучении:

· Разбухание урана – процесс, в котором важную роль играет эффект трансмутации[2] атомов. Во время деления урана возникают газы ксенон и криптон, и уран сильно пересыщен этими газами.

· Фазовые превращения. При высокой температуре сплав U-9%Мо было обнаружено фазовое превращение, происходящее в результате облучения. При высокой температуре этот сплав является однофазным, но при более низкой температуре распадается с образованием пластинчатых выделений урана и U₂ Мо.

· При облучении монокристаллов альфа-урана, обнаружено, что кристалл удлиняется в одном кристаллографическом направлени

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать