Введение 8
1. Обзор литературы 10
1.1. Кристаллографическое строение металлических материалов и
теоретическая прочность на сдвиг 10
1.1.1 Дефекты кристаллической решетки 12
1.1.2 Плотность дислокаций 14
1.1.3 Основные механизмы пластической деформации 15
1.2. Методы механики сплошных сред 18
1.2.1. Компоненты тензора деформации 18
1.2.2. Тензор напряжения 21
1.2.3. Уравнение движения сплошной среды и закон Гука 23
1.3. Методы клеточных автоматов 28
1.4. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как
многоуровневых систем 40
2. Объект и методы исследования 47
2.1. Объект исследования 47
2.2. Метод исследования 48
2.2.1. Основы многоуровневого подхода к компьютерному моделированию процессов зарождения и роста усталостных трещин на базе
термодинамических принципов физической мезомеханики 48
2.2.2. Моделирование циклического нагружения в рамках метода возбудимых клеточных автоматов 54
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 66
Заключение
В настоящее время широко известно, насколько важен учет ротационных мод деформации в процессе разрушения материала [1-5]. В работе [2] хорошо описан эксперимент по формированию цепочек ротаций за фронтом ударной волны, вскрыта роль ротационных мод деформации в процессе откола. Возможности компьютерного моделирования с учетом поворотных мод дискретными методами представлены в работах [4-6]. Работа [3] посвящена возможностям построения аналитической теории самосогласованных поворотных мод в виде «турбулентных течений» в твердом теле со структурой. В работе [7] продемонстрирована главенствующая роль поворотных мод деформации в процессах растворения алюминиевой фольги в условиях знакопеременного нагружения, а также проникания твердых частиц вглубь материала [7]. Предложенная в [1] теория ротационно-волновых потоков в планарных подсистемах, хорошо объясняющая упомянутые экспериментальные исследования, так и не нашла своего прямого экспериментального подтверждения. В работе подробно рассмотрены проблемы идентификации ротационных мод деформации при анализе векторов смещений оптико-телевизионным методом.
Таким образом, экспериментальное наблюдение столь маломасштабных и быстротекущих процессов весьма трудоемко и не всегда оправдано в силу неоднозначности интерпретации результатов. В связи с этим, данный раздел работы посвящен компьютерному моделированию процессов переноса энергии и массы на мезомасштабном уровне в непосредственной близости от вершины надреза.
«В последние годы школой академика В. Е. Панина развивается новое научное направление в области физики прочности и пластичности — физическая мезомеханика деформируемого твердого тела, в основе которого лежит концепция о том, что деформируемое твердое тело есть многоуровневая система, в которой пластическое течение самосогласованно развивается как последовательная эволюция потери сдвиговой устойчивости на различных масштабных уровнях:
микро, мезо и макро. Эта концепция на основе изучения элементарных актов пластической деформации ставит задачу вскрыть механизмы зарождения пластических сдвигов и трещин, объяснить поведение дислокационных ансамблей и дать физическую интерпретацию феноменологических закономерностей механики сплошной среды»
В ходе выполнения исследовательской работы были проведены численные эксперименты по одноосному ударному нагружению образцов с тремя формами надрезов (U-образным, V-образным и I-образным).
Анализ результатов исследовательской работы позволил вскрыть взаимосвязь величины концентрации напряжений и локальных моментов сил. Показано, что локальные моменты сил, являющие стоками энергии, способны снижать уровень напряжений вблизи концентратора в виде надреза. Детальный анализ распределения моментов сил вблизи концентратора напряжений позволил вскрыть взаимосвязь ротационных мод деформации на различных масштабных уровнях. Релаксация напряжений осуществляется наиболее эффективно, когда модуляция различных компонент момента происходит на разных масштабных уровнях. Этот факт дает возможность существенно снижать концентрацию напряжений посредством создания кристаллических структур с управляемыми параметрами. Исследованию влияния трехмерной кристаллической структуры на распределение моментов сил и релаксацию напряжений вблизи концентратора будет посвящен следующий этап исследований.
