Применение методов фрактального анализа для исследования структуры пористых металлических материалов

• Автор: Кучерявский, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 100 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Использование методов фрактальной геометрии для анализа материалов с резко неоднородным строением
1.1. Особенности аппарата фрактальной геометрии для описания структуры неоднородных объектов

1.2. Теоретические основы фрактального анализа структуры

металлов и сплавов

1.3. Экспериментальные методы фрактального анализа неоднородных конденсированных сред

1.4. Постановка задачи исследования

Глава 2. Методы фрактального описания структуры пористых металлических материалов

2.1. Способы изготовления и особенности строения исследуемых материалов..................^ггДиС.ТН.с’Г’:.'.:
2.2. Моделирование структуры пористых металлических сред как теоретическая основа применения фрактального анализа
2.3. Экспериментальные методики анализа границ раздела
в пористых металлах и псевдосплавах
Глава 3. Применение фрактального анализа к исследованию
структуры пористых металлических материалов
3.1. Описание границ порового пространства
в пористых железе и меди
3.2. Применение фрактального анализа к изучению деформационной структуры пористых металлов
3.2.1. Особенности механизмов пластической деформации в пористых металлах

3.2.2. Деформационная структура пористого железа
3.2.3. Деформационная структура пористого псевдосплава «железо-медь»
3 .3. Фрактальный анализ поверхностей разрушения
пористого железа
Заключение
Список литературы

Введение
Материалы с резко неоднородным строением характеризуются существенными особенностями в протекании пластической деформации и разрушения. Специфическим классом таких материалов являются пористые металлы, которые могут рассматриваться как предельный случай неоднородной среды с максимально различающимися свойствами составляющих фаз - твердого каркаса и пор. Количественное описание возникающей деформационной структуры с помощью традиционных математических методов оказывается недостаточно эффективным. При нагружении этих материалов создается крайне неоднородное механическое поле, характеризующееся наличием мощных концентраторов напряжений на границах раздела твердой и поровой фаз. Релаксация этих напряжений на стадиях пластического течения, предразрушения и разрушения осуществляется за счет своеобразных физических механизмов, которые в компактных металлических материалах при низких температурах и статическом нагружении не являются доминирующими или вообще не проявляются [1,2]. Возникающая деформационная структура пористых тел в силу ее сложности в настоящее время практически не исследована. Более того, практически отсутствуют экспериментальные подходы, позволяющие дать ее адекватное описание. В связи с этим разработка новых методов изучения структуры, основанных на аппарате фрактальной геометрии, представляется актуальной задачей современной экспериментальной физики.
Подход, использующий представления фрактального анализа впервые был применен к изучению поверхности разрушения железа [3]. Он успешно использовался далее при исследовании процессов трещинообразования в металлах и сплавах [4]. Методы фрактальной геометрии оказались эффективными при анализе явлений самоорганизации в диссипативных системах и позволили связать изменения в строении с

представленных отдельными внутризеренными и межзеренными порами. При значениях Р-10-15%, соответствующих перколяционному переходу, из межзеренных пор образовывался «бесконечный» поровый кластер.
Дальнейшее увеличение пористости приводило к тому, что при Р ~ 30% и выше металлический каркас и межзеренное поровое пространство были представлены геометрически равноправными взаимопроникающими кластерами. При этом объем изолированных внутризеренных пор практически не менялся, их относительный вклад в общую пористость с ростом Р уменьшался [72]. Аналогичные топологические изменения происходят и при увеличении концентрации соответствующего металлического компонента в пористом псевдосплаве. Так при малых концентрациях С/, компонент 1 имеет вид изолированных кластеров, а при увеличении до соответствующего порога перколяции эти кластеры объединяются в «бесконечный» каркас данного компонента.
2.2. Моделирование структуры пористых металлических сред как теоретическая основа применения фрактального анализа
Структура пористых материалов характеризуется значительным числом параметров, к которым относятся интегральная пористость, параметры распределения пор по размерам, морфологические характеристики пор, контактные участки твердых фаз и т.д. Во многих случаях основной характеристикой является пористость, значения которой определяют общую топологическую картину структуры.
Введем понятие порового кластера как множества пор, изолированных друг от друга при закрытой пористости [73] или связанных в единую систему при открытой пористости. В последнем случае будем говорить о «бесконечном» кластере поровой фазы. Аналогично в случае