Микрофизические особенности разрушения при высокоскоростном импульсном нагружении

• Автор: Глебовский, Петр Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 98 с. : ил.

1. Глава 1. Особенности динамического разрушения и импульсного 16 пробоя твердых тел
1.1. Феноменология и модели разрушения твердых тел в условиях 16 импульсного нагружения.
1.2.Феноменология и модели разрушения твердых диэлектриков в 30 условиях импульсного воздействия.
1.3.Структурная макромеханика разрушения
2. Глава 2. Инкубационное время
2.1.0 релаксационной природе инкубационного времени разрушения
2.2.Феноменологическая модель микро-разрушения. Расчет времени 45 релаксации микроразрушения.
2.3.0 возможном экспериментальном определении инкубационного 47 времени разрушения.
2.4.Континуальное описание процесса динамического разрушения
3. Глава 3. Прогнозирование откольного разрушения твердых тел
3.1 .Временная зависимость откольной прочности
3.2.Кинетическая трактовка структурно-временного критерия 59 разрушения.
3.3.Температурная зависимость откольной прочности
3.4.Скоростная зависимость откольной прочности
3.5.Масштабные уровни разрушения
4. Глава 4. Прогнозирование электрического пробоя твердых тел в 79 условиях импульсного воздействия внешней среды.
4.1.Временная зависимость электрической прочности
4.2.Температурная зависимость электрической прочности
4.3. Сравнение вольт-секундных характеристик различных материалов
Заключение
Список литературы
Актуальность темы диссертации. Необходимость изучения динамического разрушения не подлежит сомнению из-за важности решения многих инженерных задач. Главной отличительной чертой области высокоскоростного импульсного нагружения является тот факт, что длительность действия давлений может оказаться сравнимой со временем роста дефектов и временами процессов, происходящих на микроуровне (движением дислокаций, перемещением полимерных молекул, разворотом блоков и т.д.). Для описания динамического разрушения важно определить степень поврежденности материала и исследовать кинетику возникновения и роста микродефектов, которая, в свою очередь, определяется физическими свойствами материала и его структурой. При такой сложной картине встает вопрос о количестве стадий разрушения и условиях перехода одной стадии в другую.
К настоящему моменту, построено большое количество моделей динамического разрушения, которые носят частный характер (Никифоровский B.C., Шемякин Е.И., Канель Г.И., Новиков С.А., Молодец А.М., Дремин A.H., Иванов А.Г., Tuler F.R., Butcher В.М., Klepaczko J.R.).
Поэтому, в диссертации рассмотрены задачи математического моделирования эффектов динамического разрушения и импульсного электрического пробоя твердых диэлектриков, с использованием структурновременного подхода, предложенного Морозовым Н.Ф., Петровым Ю.В., Уткиным A.A. В рамках структурно-временного подхода Петровым Ю.В. сформулирован критерий инкубационного времени, основанный на введении новой характеристики материала - инкубационного времени. В зависимости от класса задач инкубационное время определяется либо кинетикой развития микродефектов, либо кинетикой размножения электронов. Поэтому определение инкубационного времени на основе данных о микрофизических особенностях материала является актуальной задачей.
Во второй главе диссертации решается задача о расчете инкубационного времени разрушения на основе данных о поврежденности материала. Показано, что, используя положения NAG-модели (Seaman L., Curran D.R., Shockey D.A.), можно рассчитать значение инкубационного времени на основе данных о начальной поврежденности образца.
С другой стороны, важно, чтобы вновь вводимые параметры, как, например, инкубационное время, были измеряемы прямыми экспериментальными методами. В диссертации обсуждается возможность экспериментального определения инкубационного времени на основе анализа измерения интенсивности света, рассеянного на микроповреждениях (Златин Н.А, Пугачев Г.С.).
Рассчитанные значения инкубационного времени были использованы для моделирования экспериментально обнаруженных эффектов откольного разрушения (Златин Н.А, Пугачев Г.С., Врагов A.M., Беллендир Э.Н., Кривошеев С.И., Красюк И.К., Учаев А.Я., Глушак Б.Л., Новиков С.А., Мещеряков Ю.И., Канель Г.И., Разоренов С.В., Уткин A.B., Фортов В.E., BaumungK.). Далее, в диссертации показана связь критерия инкубационного времени с кинетической концепцией прочности.
Проблема построения модели актуальна и для изучения импульсного электрического пробоя твердых диэлектриков. На данный момент, накоплен большой объем экспериментальных данных, которые выявляют ряд принципиальных эффектов, указывающих на динамический характер импульсного электрического пробоя твердых диэлектриков. К таким эффектам относятся: «временная зависимость» электрической прочности, температурная зависимость электрической прочности, запаздывание пробоя, эффект инверсии прочности (Ханефт И.Г., Ханефт A.B., Завадовская Е.К., Сканави Г.И., Воробьев A.A., Воробьев Г.А., Усов А.Ф.). Однако, для описания импульсного пробоя, предложен ряд эмпирических моделей, и пока не существует математической модели учитывающей основные закономерности процесса электрического пробоя твердых диэлектриков.

коэффициента интенсивности напряжений) на случай динамического
разрушения. В этом смысле рассматриваемый критерий эквивалентен
структурно-временному критерию разрушения (2.1). Также как и
структурно-временной критерий, предложенный континуальный подход
полностью определяет и статическую, и динамическую прочность материала. При этом он оперирует только парой констант, значения которых могут быть измерены в опытах по статическому разрыву.
Рассмотрим уравнение состояния поврежденной (дефектной) среды в
виде
^Л(9(,)-9(,-г)), *(/) = ^ (2.14)
т т -Рс
где оо - функция состояния, характеризующая поврежденность материала, г -время, г - некоторая положительная константа, F(/) - локальная интенсивность силового поля, - критическое значение величины ^(/), определяемое экспериментально. В частности, для бездефектного материала F(/) совпадает с величиной локальных растягивающих напряжений: F(f) = <т(г); если в материале содержится макротрещина, то F(/) равно коэффициенту интенсивности напряжений в материале: р(г) = хД/).
Область допустимых значений функции состояния «а є (-со, і]:
со є (-со, О) Отрицательным оо соответствуют состояния с «подавленной» дефектностью (например, уменьшение подвижности дислокаций или «залечивание» микротрещин при всестороннем сжатии)
а> = 0 со равное нулю означает, что материал в этот момент времени не содержит «активных» дефектов
оо є (О, і) Положительным со соответствуют состояния с увеличивающейся дефектностью (например, растущая в результате приложения нагрузки зона пластичности или возрастающий параметр поврежденности)
00 = 1 со = 1 сопоставляется полностью разрушенному материалу