УДК 539.375 : 539.376 : 539.4

Синергетический подход к вопросам прочности и разрушения твердых тел

О.Н. Максимулина

Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия

Надежность работы машин и механизмов во многом зависит от состояния структуры материала деталей и степени упрочнения их поверхностного слоя. Аналитическое определение оптимальных термодинамических и физико-механических параметров, с учетом конкретных условий эксплуатации, является важной конструкторско-технологической задачей при проектировании и изготовлении конкретных деталей.

Решать эту задачу можно, используя основные положения новой науки-синергетики и теории самоорганизующихся диссипативных структур, которые объединяют научные подходы в различных областях знаний: физики твердого тела, термодинамики, термокинетики, механики деформирования и других. При этом необходимо учитывать иерархию структурных уровней пластической деформации: атомы, дислокации, субблоки, зерна и твердое тело.

На основе положений синергетики и теории самоорганизующихся диссипативных структур получена система уравнений упрочнения и разрушения твердых тел в процессе пластической деформации. Предложена дислокационно- термодинамическая схема, которая позволяет рассчитывать величину упругой энергии в ядре дислокаций при их движении по линии скольжения. Таким образом, дислокации являются энергетически пульсирующими линейными дефектами, что дает возможность аналитически определять температуру начала и конца процесса рекристаллизации, а также количество выделившейся при этом упругой энергии деформации, за счет аннигиляции различного рода дефектов и повреждений. Данная схема позволяет также рассчитывать максимальную и остаточную степень пластической деформации материала при различных схемах силового нагружения.

При движении по линии скольжения в головных дислокациях накапливается упругая энергия предельной (критической) величины, которая согласно термодинамической теории прочности твердых тел равна энтальпии плавления. Этому моменту соответствует появление в системе точки бифуркации, т.е. образование субмикротрещины, которая, в свою очередь, вливается в магистральную трещну и способствует ее скачкообразному росту. Поэтому величина упругой энергии в микрообъеме при упрочнении материала должна стремиться к своему оптимальному значению, учитывая при этом условия эксплуатации конкретной детали.

Для определения остаточных напряжений после пластической деформации с учетом силового и температурного факторов предложена зависимость на основе истинного предела текучести, который рассчитывается с использованием коэффициента перенапряжения межатомных связей твердых тел.