Концепция критической плотности энергии в моделях разрушения твердых тел
Ю. Я. Мешков
Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
Получена: 13.06.2000; окончательный вариант - 21.09.2000. Скачать: PDF
В работе развивается новая энергетическая концепция разрушения твердых тел (ТТ), основанная на критериях критической плотности упругой энергии в очаге разрушения $p_{с}$, для трех масштабных уровней процесса — атомного, микроскопического и макроскопического. В обосновании критериев положена эмпирически наблюдаемая закономерность о пропорциональном соотношении между приращениями объема ТТ и потенциальной энергии межатомных связей при механическом растяжении (в нелинейной области упругих деформаций) и тепловом нагревании твердых тел. Коэффициентом пропорциональности является параметр плотности энергии межатомных связей $p_{0} = Q_{c}/V_{0}$ ($Q_{c}$ — энергия сублимации, $V_{0}$ — молярный объем при 0 К). Эта закономерность названа принципом сохранения плотности потенциальной энергии в приращенном объеме (ПСППЭ), исходя из которого в работе получены простые соотношения для вычисления целого ряда фундаментальных механических и тепловых характеристик — коэффициента термического расширения, модулей Юнга, сдвига и всестороннего сжатия, энергии сублимации, предельной (теоретической) прочности на отрыв и сдвиг, постоянной Грюнайзена, поверхностной энергии и др. Все критерии критической плотности энергии содержат константу $p_{0}$ и в частном случае материала, содержащего предельно острые нанотрещины, приводят к критерию, аналогичному критерию Гриффитса, однако с уточненным (в 6 раз большим) показателем энергозатрат, достаточных для обр азования свободной поверхности. Показано, что новый критерий является единым для разрушения как идеально хрупких тел, так и для квазихрупких материалов, чем принципиально отличается от классического критерия Гриффитса.
Ключевые слова: энергия связи, объем атома, плотность энергии, упругие модули, предельная прочность, критерий разрушения.
PACS: 62.20.Dc, 62.20.Mk, 65.40.De, 65.70.+y, 65.80.+n, 68.35.Md
Citation: Yu. Ya. Meshkov, The Concept of a Critical Density of Energy in Models of Fracture of Solids, Usp. Fiz. Met., 2, No. 1: 7—50 (2001) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.02.01.007