Взаимное влияние напряжений и диффузии в условиях одноосного квазистатического нагружения пластины

• Автор: Миколайчук, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. ДИФФУЗИЯ И НАПРЯЖЕНИЯ
ЕЕ Законы Фика
1.2. Атомная теория диффузии
1.3. Механизмы влияния напряжений на диффузию
2. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ
2.1. Уравнения механики сплошной среды
2.2. Определяющие соотношения
2.3. Изотермические условия
2.4. Бинарная система
2.5. Коэффициенты концентрационного расширения
3. ЗАДАЧА О НАСЫЩЕНИИ ПРИМЕСЬЮ ПЛАСТИНЫ, НАХОДЯЩЕЙСЯ В УСЛОВИЯХ ОДНООСНОГО НАГРУЖЕНИЯ
3.1. Постановка эксперимента
3.2. Результаты эксперимента
3.3. Общая постановка задачи
3.4. Плоское напряженное состояние в теории упругости
3.5. Плоское напряженное состояние пластины с диффузией
3.6. Задача о равновесии пластины с диффузией
3.7. Диффузионная задача
3.8. Безразмерные переменные
3.9. Численное решение
3.10. Результаты тестирования
3.11. Результаты численного решения
3.12. Выводы
4. СОПРЯЖЁННАЯ ЗАДАЧА
4.1. Постановка задачи
4.2. Задача о равновесии пластины с покрытием
4.3. Диффузионная задача

4.4. Численное решение
4.5. Проверка на сходимость
4.6. Результаты расчётов
4.7. Выводы
5. ДВУМЕРНАЯ МОДЕЛЬ
5.1. Физическая постановка
5.2. Задача о равновесии
5.3. Диффузионная задача
5.4. Результаты численного решения
5.5. Проверка на сходимость
5.6. Влияние геометрии системы
5.7. Учёт неоднородной структуры материала
5.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Исследование взаимного влияния напряжений и диффузии (как теоретическими, так и экспериментальными методами) имеет богатую историю. В настоящий момент наблюдается очередной всплеск интереса как отечественных, так и зарубежных исследователей к этому вопросу. Это объясняется тем, что диффузионные процессы являются, с одной стороны, определяющими и зачастую лимитирующими в большом количестве наблюдаемых явлений, а с другой стороны сам массообмен подвержен влиянию различных физических полей, включая температурные, электромагнитные поля, либо поля механических напряжений. Влияние последних активно изучают в связи с разработкой и исследованием различных технологических процессов. С диффузионными явлениями связаны многие процессы механического поведения материалов под нагрузкой. Однако экспериментальные исследования в этой области осложнены тем фактом, что диффузия - процесс медленный, и даже при достаточно высоких температурах эксперименты могут быть довольно продолжительными по времени, что исключает возможность широкого варьирования параметров эксперимента. Это приводит к необходимости построения математических моделей связанных процессов и разработки методов их анализа. Большинство имеющихся моделей сводит влияние напряжений к изменению эффективных коэффициентов диффузии или к оценке полей напряжений по данным об изменении полей концентраций. В связи с этим построение строгой связанной модели совместно протекающих процессов деформирования и массопереноса и её последующая численная реализация для конкретных систем является актуальной задачей.
Цель работы заключается в теоретическом исследовании взаимного влияния процессов диффузии и формирования напряжений с помощью моделей, построенных на основе аппарата механики сплошных сред. Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать возможные пути влияния напряжений на диффузию в
охлаждения диффузионного образца, когда диффузионная подвижность атомов заторможена. Диффузионные напряжения —кинетические по своей природе, существуют потому, что их создают и поддерживают неравные встречные диффузионные потоки атомов разных сортов. Если сказать по-другому, причиной появления диффузионных напряжений в диффузионной зоне является отличие в подвижности атомов диффундирующих компонентов, т.е. неравенство парциальных коэффициентов диффузии. Появление диффузионных напряжений при вакансионном механизме диффузии Гегузин Я. Е. связывает, в основном, с наличием направленного потока вакансий в диффузионной зоне. Савицкий А. П. основной причиной возникновения диффузионных напряжений считает перемещение дислокаций перпендикулярно их плоскости скольжения, что вызывает относительное увеличение объема кристаллической решетки. В общем случае разделить концентрационные и диффузионные напряжения, а тем более определить, что является основной причиной их возникновения, не представляется возможным.