Концепція критичної густини енергії у моделях руйнування твердих тіл
Ю. Я. Мешков
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
Отримана: 13.06.2000; остаточний варіант - 21.09.2000. Завантажити: PDF
В роботі розвинуто нову енергетичну концепцію руйнування твердих тіл (ТТ), що базується на критеріях критичної густини пружної енергії в джерелі руйнування $p_{с}$, яка різниться для трьох масштабних рівнів процесу — атомного, мікроскопічного та макроскопічного. Обгрунтуванням цих критеріїв служить емпірична закономірність пропорційної залежності між приростами об’єму ТТ і потенційної енергії міжатомних зв’язків при механічному розтягу (поза межами лінійної області пружних деформацій) і тепловому нагріванні ТТ. Коефіцієнтом пропорційності є параметр густини енергії міжатомних зв’язків $p_{0} = Q_{c}/V_{0}$ ($Q_{c}$ — енергія сублімації, $V_{0}$ — молярний об’єм при 0 К). Цю закономірність названо принципом збереження густини потенційної енергії у надлишковому об’ємі (ПЗГПЕ), виходячи з якого в роботі отримано прості співвідношення для вирахування цілого ряду фундаментальних механічних і теплових характеристик — коефіцієнту термічного розширення, модулів Юнга, зсуву і всебічного стиску, енергії сублімації, граничної (теоретичної) міцності на відрив і зсув, постійної Грюнайзена, поверхневої енергії тощо. Всі критерії густини енергії мають в собі константу $p_{0}$ і для матеріалу, що містить ідеально гострі нанотріщини набувають вигляду критерію, аналогічного критерію Гріфітса, проте з уточненим (в 6 разів більшим) показником енерговитрат, які є достатніми для утворення вільної поверхні тіла. Показано, що новий критерій є єдиним для руйнування як ідеально крихких тіл, так і квазікрихких матеріалів, чим принципово відрізняється від класичного критерія Грифітса.
Ключові слова: енергія зв'язку, об'єм атома, густина енергії, пружні модулі, гранична міцність, критерій руйнування.
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