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


Цитированная литература (32)  
  1. A. A. Griffith, Phil. Trans. Roy. Soc. A, 221: 163 (1920). Crossref
  2. A. H. Cottrell, Fracture. A Topical Encyclopedia of Current Knowledge (Malabar, Florida: Kriger Publishing Company: 1998), p. 368.
  3. Ю. Я. Мешков, Физические основы разрушения стальных конструкций (Киев: Наукова думка: 1981).
  4. Ю. Я. Мешков, Г. А. Пахаренко, Структура металла и хрупкость стальных изделий (Киев: Наукова думка: 1985).
  5. С. А. Котречко, Металлофизика и новейшие технологии, 16, № 10: 37 (1994).
  6. J. F. Knott, Физико-химическая механика материалов, 29, № 3: 42 (1993).
  7. E. Orowan, Fatigue and Fract. of Met. MIT Symposium (New York: 1950), p. 139.
  8. E. Orowan, Welding J., 34: 157 (1955).
  9. J. D. Eshelby, J. Appl. Phys., 25: 255 (1954). Crossref
  10. Ю. Я. Мешков, Металлофизика и новейшие технологии, 18, № 5: 60 (1996).
  11. Дж. Кэй, Т. Леби, Таблицы физических и химических постоянных (Москва: Физматгиз: 1962).
  12. Я. И. Френкель, Введение в теорию металлов (Москва–Ленинград: Госиздат технико-теоретич. литературы: 1950).
  13. М. В. Белоус, М. П. Браун, Физика металлов (Киев: Вища школа: 1986).
  14. Б. Г. Лившиц, Г. С. Крапошин, Я. А. Линецкий, Физические свойства металлов и сплавов (Москва: Металлургия: 1980).
  15. Л. Н. Лариков, Вопросы физики металлов и металловедения (Киев: Наукова думка: 1967), с. 35.
  16. A. Seeger and H. Stehle, Z. Phys., 146: 242 (1956). Crossref
  17. М. А. Штремель, Прочность сплавов. Дефекты решетки (Москва: Металлургия: 1982).
  18. Б. Я. Пинес, Очерки по металлофизике (Харьков: Изд-во Харьковского университета: 1951), с. 98.
  19. Н. Макмиллан, Идеальная прочность тел. Механика, атомистика разрушения (Москва: Мир: 1987).
  20. М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский, Структура и механические свойства металлов (Москва: Металлургия: 1970).
  21. В. С. Иванова, Усталостное разрушение металлов (Москва: Металлургия: 1983).
  22. А. И. Петров, В. И. Бетехтин, Физ. мет. металловед., 34, вып. 1: 39 (1972).
  23. J. E. Mackenzie, Phil. Doct. Thesis (Bristol: 1949).
  24. M. Mullins and M. A. Dokainish, Phil. Mag. A, 46, No. 5: 771 (1982). Crossref
  25. С. Я. Ярема, А.-А. Гріффітс (1893–1963), Физико-химическая механика материалов, 29, № 3: 7 (1993).
  26. Ю. Я. Мешков, МиТОМ, 1: 30 (1996).
  27. C. E. Inglis, Trans. Roy. Inst. Nav. Archit., 55: 219 (1913).
  28. Ю. Я. Мешков, Т. Н. Сердитова, Разрушение деформированной стали (Киев: Наукова думка: 1989).
  29. Д. Броек, Основы механики разрушения (Москва: Высшая школа: 1980).
  30. Дж. Хан, Б. Авербах, В. Оуэн, М. Коэн, Атомный механизм разрушения (Москва: Гос. НТИ чер. и цвет. металл.: 1963), с. 109.
  31. С. А. Котречко, Ю. Я. Мешков, К. П. Рябошапка, Н. Н. Стеценко, Металлофизика и новейшие технологии, 17, № 1: 51 (1995).
  32. Г. П. Зимина, С. А. Котречко, Ю. Я. Мешков, Сб. «Электронная микроскопия и прочность материалов». Труды ИПМ НАН Украины (Киев: ИПМ НАН Украины: 1999), вып. 10, с. 54.
Цитируется (1)
  1. I. M. Laptev and O. O. Parkhomenko, Usp. Fiz. Met. 11, 19 (2010).