Введение 4
Характерные особенности тепловыделения в поликристаллических металлах 6
Термоупругий эффект 7
Термопластический эффект 9
Методы регистрации и оценки тепловыделения 12
Методика экспериментов 14
Обработка экспериментальных данных 17
Полимерные материалы 24
Заключение 27
Список литературы 29
Впервые, процесс теплообразования при деформировании твердых тел был обнаружен более полутора веков назад. Но только в последние 30-40 лет, в связи с развитием тепловизионной техники, удалось получить наиболее достоверные результаты экспериментов по тепловыделению в твердых телах[4].
Деформирование и разрушение материалов сопровождается преобразованием механической работы в другие виды энергии - тепловую, электромагнитную, акустическую и т.д.[5]. Современные исследования показали, что характер диссипации энергии имеет нелинейный характер и зависит от предыстории и условий нагружения твердого тела[3]. Экспериментальные работы многих исследователей показывают необходимость учета диссипативных процессов в теоретических моделях, описывающих процесс деформирования и разрушения материалов.
Помимо фундаментальной значимости, существует вполне прикладное значение исследования. Высокочувствительная тепловизионная аппаратура позволяет разработать новые, а так же успешно применить существующие методы неразрушающего контроля, базирующиеся на выявлении термических предвестников деформации, разрушения или образования трещин в материалах[6].
Тем не менее, исследователи зачастую расходятся в оценках количественного соотношения между выделяемым теплом и запасаемой материалом энергией. Это приводит к возникновению проблем при разработке методов выявления микроповреждений, связанных с изменением поля температур[2].
В данной работе приводятся некоторые теоретические модели, которые использовались исследователями для изучения процесса диссипации энергии. Данные модели сравниваются с полученными в ходе экспериментов результатами. На основе сравнения производится вывод об области применимости данных моделей.
Эксперименты проводились на образцах чистой меди М1, стали 12Х18Н10Т, алюминиевого сплава D16AM, титана ВТ1. Также были проведены эксперименты с некоторыми полимерными материалами.
Цели данной работы: проверка применимости существующих моделей для оценки диссипации энергии при квазистатическом деформировании металлов, оценка возможности распространения моделей на полимерные материалы, получение экспериментальных данных для усовершенствования существующих теоретических моделей.
Результаты экспериментов позволили определить интегральные энергетические параметры при деформировании конструкционных материалов: удельную работу, затраченную на деформирование образцов, количество тепла, выделившееся при растяжении.
Как известно, при пластической деформации часть затрачиваемой на неупругую деформацию работы превращается в тепло. Другая её часть, называемая латентной энергией («скрытая энергия») превращается в энергию несущую структурные изменения в материалах (искажения решётки, возникновения вакансий и т.д.).
Проведённые эксперименты показали зависимость латентной энергии не только от величины деформации, но и от скорости, что ранее не отмечалось.
Результаты исследований показывают, что влияние скорости деформирования в диапазоне квазистатических малых изменений скоростей практически не влияет на механическое поведение материалов, но значительно влияет на тепловые процессы, то есть процессы диссипации энергии.
Следовательно, влиянием вязкости или внутреннего трения в этом диапазоне скоростей деформирования можно пренебречь и основным фактором, влияющим на термодинамику деформирования, следует признать процессы структурных преобразований в процессе деформирования, в частности дислокационные механизмы в металлах и последовательность их эволюции при деформации. Так как известно, что с увеличением деформации увеличивается не только число дислокаций, но и тип их пространственного распределения, а также образование дислокационных субструктур - дислокационных клубков и ячеек и т. д.
Таким образом, проведенные эксперименты по квазистатическому растяжению металлических и полимерных образцов показали, что большинство современных теоретических моделей не учитывают влияния скорости деформирования и что для теоретического описания деформирования необходимо воспользоваться методами термодинамики необратимых процессов.
