Исследование кинетики кластеров повреждений в нагруженных материалах : моделирование вероятностным клеточным автоматом

• Автор: Казунина, Галина Алексеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 189 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Кинетические модели накопления повреждений

при разрушении материалов

1.1 Разрушение как многостадийный кинетический процесс.

Состояние вопроса

1.1.1 Основные положения кинетической теории разрушения 1

1.1.2 Характеристики кинетического процесса накопления повреждений

1.1.3 Исследование процесса накопления повреждений методами компьютерного моделирования

1. Основная идея диссертации, цели и задачи исследования

1.2.1 Разрушение как результат эволюции кластерной структуры элементарных повреждений, цель и основная идея диссертации
1.2.2 Характеристики кластеров и сценарии моделирования
1.2.3 Цели и задачи исследования
Глава 2. Вероятностный клеточный автомат и алгоритм
моделирования
2.1 Концепция алгоритма моделирования
2.2 Формальное описание клеточного автомата
2.3 Логическая реализация концепции
2.3.1 Объектная модель
2.3.2 Основные и вспомогательные сервисы
2.3.3 Прототип пользовательского интерфейса
2.4 Программный комплекс для моделирования разрушения
2.4.1 Программные средства и структура проекта
2.4.2 Реализация программного комплекса
2.4.3 Результаты отладки и примеры вывода данных
Глава 3. Компьютерное моделирование накопления
элементарных повреждений при разрушении твердых материалов
3.1 Особенности кинет ики эволюции кластерной структуры
3.1.1 Зависимость времени разрушения от вероятностей, определяющих процесс образования элементарных повреждений
3.1.2 Характер кинетических кривых числа элементарных
повреждений и числа кластеров
3.1.3 Эволюция корреляционных функций числа элементарных повреждений н числа кластеров элементарных повреждений
3.1.4 Исследование кинетики накопления повреждений методом нормированного размаха Херста
3.2 Эволюция кластерной структуры ансамбля повреждений
3.2.1 Степенной закон распределения числа элементарных
повреждений в кластере в зависимости от его размера
3.2.2 Временная зависимость плотности элементарных повреждений
3.2.3 Характеристики соединяющих кластеров
3.3 Исследование эволюции кластерной структуры элементарных
повреждений по функциям распределения кластеров
3.3.1 Эволюция функций распределения кластеров по локальной плотности 1 1
3.3.2 Эволюция функций распределения кластеров по размеру
3.3.3 Особенности поведения числовых характеристик распределения кластеров элементарных повреждений
Глава 4. Некоторые прикладные вопросы моделирования
кинетики накопления элементарных повреждений
4.1 Статистические характеристики импульсной
электромагнитной эмиссии нагруженных горных пород
4.2 Моделирование кинетики накопления элементарных
повреждений под действием периодической внешней нагрузки
Заключение
Список литературы


Институт горного дела СО РАН, Новосибирск, ), седьмом Всероссийском семинаре «Моделирование неравновесных систем - » ( Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск, ), конференции с участием иностранных ученых « Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» ( Институт горного дела СО РАН, Новосибирск, ) , конференции с участием иностранных ученых « Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» (Институт горного дела СО РАН, Новосибирск, ), VIII Международной школе-семинаре «Физические основы прогнозирования разрушения горных пород » (Физико- технический институт им. А.Ф. По проблематике диссертации автором опубликовано работа. Основные результаты диссертации полностью опубликованы в статьях рецензируемых журналов (перечень ВАК). Разрушение как многостадийный кинетический процесс. Отправной точкой современных исследований по проблемам прочности материалов является представление о разрушении как о многостадийном кинетическом процессе, образования и накопления элементарных повреждений структуры, приводящем в конечном итоге к потере устойчивости нагруженным материалом. В основе кинетического процесса разрушения лежит универсальный механизм термофлуктуационного разрыва молекулярных и межмолекулярных связей, приводящий к образованию элементарных дефектов структуры. В соответствии с этим механизмом разрывы молекулярных и межмолекулярных связей описываются законами статистической механики и контролируются некоторым энергетическим барьером активации процесса. Основой вывода кинетических зависимостей с барьером активации является представление о структурной перестройке системы, осуществляемой благодаря термофлуктуационному преодолению энергетического барьера, препятствующего протеканию процесса. Сам же элементарный процесс перестройки системы моделируется как «движение частицы в потенциальной яме». Физический смысл множителя У() принято интерпретировать как скорость перехода - обратное время преодоления энергетического барьера в пределе высоких температур. Описанные соображения носят общий характер и никак не конкретизируют таких важнейших для изучаемого процесса понятий как физическая природа энергетического барьера и движение, описывающее переход через барьер. Отметим, что, пожалуй, единственным и строгим случаем конкретизации перечисленных понятий является теория переходного состояния Г. Эйринга в микроскопической химической кинетике и построенные по ее подобию модели образования точечных дефектов в физике твердого тела (см. Частицей", определяющей течение химической реакции, является нормальная мода многочастичной системы, вдоль которой происходит переход из долины реагентов в долину продуктов (так называемая координата реакции). Применительно к процессам разрушения формулы с активационным барьером называются формулами долговечности С. W =W0ехр(-? Т), W = 1/г. При этом зависимость долговечности от механического напряжения проявляется опосредованно, через зависимость от механического напряжения активационного барьера. Поскольку механические напряжения оказывают малое влияние на адиабатические электронные термы. U(а) * U(0) + = U0 - у • о-, г = r0 exp((U0 -уо)/кТ). Входящие в показатель экспоненты параметры Uy9 называемые кинетическими константами прочности материала, находятся по экспериментальным зависимостям долговечности материала от температуры и механического напряжения, а множитель г0 первоначально отождествлялся с характерным периодом колебаний атомов кристаллической решетки. На основе формулы (1. Uy для большой группы различных материалов (см. Например, для полимеров, классическая формула долговечности (1. Г-сг-и,. Эта так называемая фононная модель элементарного акта разрушения полимеров была одной из попыток микроскопического обоснования выдвинутого С. Н. Журковым представления о дилагонах [6] - отрицательных термодинамических флуктуациях плотности структуры, приводящих к образованию элементарных повреждений материала (более сложные модели рассматривают дилатон как макроскопическое элементарное возбуждение в нелинейном кристалле - соли-топ разрыва [7-]). В соответствии с концепцией процесса разрушения по С.