Локальная потеря сдвиговой устойчивости нагруженного твердого тела на мезоуровне. Фрагментация материала

Локальная потеря сдвиговой устойчивости кристаллической решетки на микроуровне - фактор положительный, так как в соче­тании с факторами упрочнения он обеспечивает возможность созда­ния высокопрочных материалов с необходимым ресурсом пластичнос­ти. Релаксация микроконцентраторов напряжений предотвращает возникновение более опасных концентраторов напряжений мезо- и макромасштабных уровней, которые обусловливают сначала фрагмен­тацию материала, а затем его разрушение. Характерно, что все хрупкие материалы имеют кристаллическую решетку с исключительно высокой сдвиговой устойчивостью на микромасштабном уровне. Охрупчивание пластичных материалов при очень низких температурах иди высоких скоростях нагружения также обусловлено затруднением локальных структурных превращений в кристаллической решетке на микроуровне.

Самыми опасными в нагруженном материале являются макрокон­центраторы напряжений. Они вызывают глобальную потерю сдвиговой устойчивости во всем сечении образца, которая сопровождается распространением трещины и разрушением нагруженного материала.

Промежуточное положение между микро- и макроконцентратора­ми напряжений занимают мезоконцентраторы напряжений, они обус­ловливают локальную потерю сдвиговой устойчивости в протяженных областях нагруженного материала и релаксируют путем некристал­лографического распространения потоков деформационных дефектов в направлении максимальных касательных напряжений. Такие мезопотоки распространяются через все внутренние границы раздела независимо от внутренней структуры материала. Их взаимное пере­сечение приводит к фрагментации как целого. Развитие этих про­цессов является стадией предразрушения материала или конструк­ции.

Увеличение плотности дислокации при пластической деформа­ции твердых тел приводит к общему снижению сдвиговой устойчи­вости кристаллической решетки, и при некотором критическом зна­чении плотности деформационных дефектов становятся возможными структурные перестроения кристаллической решетки в произвольных некристаллографических направлениях (мезоуровеньII). На мезоуровне II возникают новые типы дефектов - мезодефекты: дисклинации, различного рода полосовые структуры, микродвойники, и др. Они зарождаются на мезоконцентраторах напряжений и одновременно со сдвигом локализуют сильный кристаллографический поворот. Мезообъемы по обе стороны мезодефектов испытывают пластические развороты. Материал начинает фрагментироваться.

Ширина мезополос варьируется в широких пределах от 0,1 - 1 мкм (мезоуровень) до размеров образца (выход на макроуровень). Отличительная особенность состояния материала в мезоподосах -необычно высокая степень кривизны кристаллической решетки: из­гиб-кручение внутри полосы может достигать 0,1 рад/мкм. Высокая кривизна кристаллической решетки внутри мезоподос при высокой степени деформации обусловливает специфический деформа­ционный контраст о многомерными дискретными или непрерывными разориентировками.

На мезоуровне II происходит фрагментация материала, в ходе которой фрагменты перемещаются по схеме "сдвиг + поворот". Схе­ма деформации оказывается такой же, что и на микромасштабном уровне, где кристаллографические сдвиги сопровождаются формиро­ванием мезообъемов. Только на мезоуровне II носителями дефор­мации являются крупные трехмерные мезообъемы II, которые обус­ловливают фрагментацию материала как целого. Это является про­явлением принципа масштабной инвариантности. Возникающая фраг­ментация материала является предвестником его глобальной сдви­говой неустойчивости на макромасштабном уровне, которая приво­дит к разрушению материала.

Дата добавления: 2014-12-27