Диссипативные явления в твердотельных системах с макродефектами

• Автор: Свирина, Юлия Вячеславовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 18 с.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование влияния диссипативных процессов на условия возникновения неустойчивостей разрушения и тепловых неустойчивостей в твердотельных системах, содержащих макродефекты, представляет значительный интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Наличие макродефектов (трещин, полостей и т.д.) приводит, во-первых, к концентрации механических напряжений в условиях механического нагружения. Во-вторых, наличие макродефектов в проводящих материалах способствует перераспределению (концентрации) плотности тока. Указанные особенности, характеризуясь сингулярным поведением упругих или электромагнитных полей в окрестности дефекта, приводят к возникновению интенсивной диссипации энергии.
Несмотря на большое число работ, посвященных исследованию критериев устойчивости трещины и динамики ее роста, вопрос о влиянии диссипированной при разрушении мощности на условия возникновения и характер протекания процесса разрушения в литературе практически не рассматривался. Между тем. эффекты разогрева, возникающие в результате протекания диссипативных процессов различной природы (пластическая деформация материала, вязкость, джоулево тепловыделение и др.) могут изменить физические свойства материала, и, как следствие этого, оказать существенное влияние на его прочностные характеристики и динамику разрушения.
Исследование данной проблемы является наиболее актуальным для таких материалов, как полимеры, а также для высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов, используемых в сверхпроводящих магнитных системах в области криогенных температур. Характерной особенностью ВТСП-материапов является квазихрупкость разрушения, наличие критической температуры перехода в нормальное состояние, а также малые значения теплоемкости материала, способствующие резкому возрастанию интенсивности локального разогрева. Полимеры, в свою очередь, характеризуются сильной температурной зависимостью параметров материала (предел текучести, поверхностная энергия, модуль Юнга и др.), а также существованием температуры фазового перехода из стеклообразного состояния в вязкое. Поэтому, при определении критериев возникновения неустойчивостей разрушения и тепловых неустойчивостей в указанных типах материалов, необходимо самосогласованное описание тепловых, механических и электромагнитных полей.

Целью работы являлось исследование влияния диссипативных процессов на критерии устойчивости трещины и динамику ее роста в упруго-пластических материалах, а также на условия возникновения тепловых неустойчивостей токонесущего состояния вблизи трещинновидных макродефектов в проводниках.

Научная новизна.

1. На основе концепции неизотермического разрушения, предложенной в |Л1) исследовано совместное влияние джоулевой диссипации и пластической деформации материала на динамику роста трещины в проводящих материалах с током. Определены пороговые размеры трещин и плотностей тока, для которых реализуется условие
неустойчивости, а также исследована динамика роста трещины. Обнаружен новый режим динамики роста трещины, обусловленный эффективным взаимодействием диссипативных процессов различной природы, обсуждена возможность его экспериментального
наблюдения.
2. В рамках неизотермического подхода впервые исследован режим неавтомодельного роста трещин в полимерах. Сформулирована система эволюционных уравнений, описывающая динамику роста трещины с учетом геометрии исследуемого образца, условий нагружения, а также реальных температурных зависимостей параметров материала. Исследована динамика роста трещины, обсуждены механизмы и условия возникновения ее ареста (остановки). Получено хорошее