Выявление закономерностей неустойчивой пластической деформации и кристаллизации методами анализа кинетических временных рядов

• Автор: Власов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 148 с.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Пластическая деформация и разрушение

1.2. Феноменология и причины неустойчивости деформации

1.2.1. Зарождение и размножение дислокаций

1.2.2. Прорыв дислокаций через сетку локальных стопоров

1.2.3. Трещины

1.2.4. Фазовые переходы

1.3. Процессы неустойчивости при кристаллизации

1.4. Электрические явления при кристаллизации диэлектриков

1.5. Временные ряды и различные методы их анализа

1.5.1 Спектральный анализ

1.5.2. Динамический анализ
1.5.3 Статистический анализ
1.5.4. Вейвлет-анализ
1.6. Выводы и постановка задачи:
Глава 2. Методика
2.1. Материалы и методы нагружения
2.1.1. Методики измерения времязависимых характеристик материалов
2.2. Экспериментальная установка
2.3. Вейвлет - программа
2.4. Краткая характеристика исследуемых образцов
2.5. Выводы
Глава 3. Исследование нестабильностей фронта кристаллизации методом анализа
собственной электромагнитной эмиссии
3.1. Методика эксперимента
3.2. Экспериментальные результаты и обсуждение
3.2.1. ЭМЭ при множественной кристаллизации
3.2.2. ЭМЭ при росте одного зерна
3.2.3. Анализ связи сигнала ЭМЭ с кинетикой роста зерна
3.2.4. Связь формы сигнала ЭМЭ с морфологией растущего льда
3.2.5. Автокорреляционные характеристики электромагнитного сигнала, возникающего при замерзании воды
3.2.6. Фурье анализ сигнала электромагнитной эмиссии
3.2.7. Фрактальный анализ сигнала ЭМЭ
3.3. Выводы
Глава 4. динамика и статистика отдельных скачков деформации
4.1. Кривые деформации
4.1.1. Типичные кинетические кривые, полученные на Al-Mg (2,7%) сплаве
4.1.2 Типичные кривые, полученные на объемных аморфных сплавах
Pd4oCu30NiioP2o
4.1.3 Типичные кривые, полученные на полимерных пленках
4.2. Анализ динамики отдельных скачков деформации
4.3. Распределения амплитуд и длительностей скачков для сплава Al-Mg и аморфного сплава Pd4oCu3oNiioP20
4.3.1. Распределения по амплитуде скачков
4.3.2. Распределения скачков по длительности
4.4. Корреляционные зависимости
4.4. Выводы
Глава 5. Результаты вейвлет - разложения на модельных функциях
5.1. Калибровка стандартными функциями
5.2. Тестирование специализированными функциями
5.3. Тестирование фрактальными функциями, «Канторова пыль»
5.4. Тестирование смешанными функциями
5.5. Выводы
Глава 6. Вейвлет-анализ эксперементальных кинетических кривых деформирования
различных материалов
6.1 Al-Mg(2,7%) - сплав
6.2. Объемный аморфный сплав Pd4oCu3oNiioP2o
6.3 Пленки высокоориентированного полиэтилена
6.4 Выводы
Общие выводы по работе
Литература
Актуальность
В последние два - три десятилетия общепризнанным стало положение о том, что пластическая деформация является сложным иерархическим процессом, развивающимся немонотонно во времени и неоднородно в пространстве. Среди всех масштабных уровней, наиболее известными являются атомно - дислокационный и макроскопический. Между ними находиться плохо исследованный мезоскопический масштабный и структурный уровень. Он представлен скоплениями дислокаций, полосами скольжения и локализованного сдвига, микро-двойниками, микротрещинами и другими подобными объектами. Без понимания закономерностей развития деформации на мезоуровне невозможно перебросить надежный мост между элементарными физическими актами и макроскопическими механическими характеристиками твердых тел, т.е. обосновать природу механических свойств с физических позиций.
Наибольшие трудности на этом пути состоят в описании коллективных явлений и самоорганизации в структуре, приводящих к нестабильности, неоднородности и немонотонности пластического течения. Необходимы высокоразрешающие методы исследования динамики структуры, как во времени, так и в пространстве на уровне отдельных мезоскопических событий, их статистики, корреляций, хаотической динамики. Поэтому разработка методов, адекватных характеру изучаемых событий и их ансамблей, количеству, амплитуде и скорости отдельных актов, представляется актуальной задачей.
Одним из перспективных подходов к изучению пластической деформации на мезоскопическом уровне является использование локального нагружения хорошо аттестованным зондом и непрерывная регистрация кинетики его погружения в материал под действием нарастающей по тому или иному закону нагрузки. В связи с высоким достигнутым пространственным разрешением (доли нанометров) его принято называть наноиндентометрией (хотя глубины погружения могут варьироваться от единиц нанометров до десятков микрометров). Однако коммерческие нанотестеры имеют недостаточно высокое временное разрешение, и стоит задача резкого его повышения. С ростом разрешения увеличивается количество фиксируемых актов нестабильности течения, в связи с чем вытекает задача их быстрой регистрации, сохранения и анализа. Несмотря на то, что в теории информации, связи, компьютерных технология разработано немало подходов и конкретных способов процессинга самых разных аналоговых сигналов и дискретных временных рядов, они плохо пригодны для работы с кривыми деформации ввиду их специфики (нестационарности, большого динамического диапазона,
2.2. Экспериментальная установка
Рис. 2.2.1. Блок-схема экспериментальной установки для динамического наноиндентирования. 1 - образец, 2 - индентор, 3 - емкостный датчик смещения, 4 -датчик нагрузки, 5 - катушка электромагнитного привода, 6 - столик с 3-х координатным пьезоэлектрическим приводом, 7 - подвес, 8 - постоянный магнит, 9 - генератор заряда неподвижных пластин датчика смещения, 10 - набор выходных усилителей, 11 - набор входных усилителей, 12 - цифро-аналоговый преобразователь, 13 - аналогово-цифровой преобразователь, 14 - компьютер, управляющий установкой, 15 - металлический экран.
Для реализации перечисленных методик в работе использовался модернизированный прибор для динамических измерений твердости в микро- и нанометровом масштабе [171].