Випуски МФіНТ »  Том 47, випуск 11

Концентратори напружень в атомарному моделю будови металічних матеріялів. 1. Загальні принципи побудови моделю концентраторів напружень в атомарних ґратницях металів

П. Ю. Волосевич

Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 16.02.2023; остаточний варіант - 12.08.2025. Завантажити: PDF

На основі вперше запропонованого моделю стосовно виникнення, будови, взаємодії та трансформації трьох видів концентраторів напружень (К), кожний з яких (на масштабних рівнях структурної й атомарної будови металевих матеріялів) представлено двома різними типами вилучення (К−) та втілення (К+) маси, розглянуто їхню роль у формуванні процесів втрати механічної стійкости зразків. До першого виду віднесено нестандартні (Кн±), які завжди присутні у реальних зразках. До другого та третього видів належать К, які зароджуються за навантажень вздовж базових атомарних ланцюжків з найбільш щільним розташуванням атомів кристалічних ґратниць (Ксе±), міжатомові віддалі яких стискаються і розтягуються, а також меж зерен (Кмз±) і комірок (Кмк±). Вперше продемонстровано роль означених первинних стандартних елементарних Кcе± у формуванні угруповань комплексних стандартних елементарних внутрішніх (Кксев), поява яких на внутрішніх поверхнях порожнин у вигляді Кн− або бічних поверхнях зразків завжди супроводжується утворенням нових вершин комплексних стандартних елементарних мікроскопічних поверхневих Кксемп−. Їхні угруповання, розташовані вздовж периметрів площин втрати зразками механічних стійкостей, формують вершини комплексних стандартних поверхневих макроскопічних Кксп−, які на загалі представляють шийки. Вони мають природнє походження та фактично є аналогами штучних К−, які використовуються в механіці. Вперше продемонстровано зв’язки між К різних видів і те, що поява Кн± з несиметричними системами їхнього розміщення по поверхнях й об’ємах робочих частин зразків (як в моно-, так і полікристалічних станах) супроводжується відповідними порушеннями симетрії в схемах розподілу напружень розтягу та стискання по вершинах К усіх видів і масштабних рівнів. Внаслідок цього відбувається фраґментація зразків і відхил у розміщеннях траєкторій втрати їхніх механічних стійкостей від положень їхніх серединних по довжині перетинів, які реалізуються за відсутности Кн у станах з досконалими кристалічними будовами. Запропонований модель добре узгоджується з експериментальними та теоретичними результатами, одержаними як на моно-, так і полікристалічних станах різних металів та їхніх стопів. Продемонстровано здатність його прогнозувати шляхи розвитку процесів за пластичних і крихких релаксацій за будь-яких схем випробувань і швидкостей навантажень.

Ключові слова: концентратори напружень, атомарна будова, міжатомова взаємодія, моно- та полікристали, швидкості деформації, механізми релаксації, руйнування, механічні властивості.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v47/i11/1215.html

PACS: 34.20.Cf, 46.50.+a, 61.72.Bb, 61.72.J-, 61.72.Lk, 61.72.Qq, 62.20.mt

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. H. Neuber, Kontsentratsiya Napryazheniy [Stress Concentration] (Moskva–Leningrad: OGIZ GITTL: 1947) (Russian translation).
  2. P. Yu. Volosevych, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 29, No. 10: 1393 (2007) (in Russian).
  3. S. A. Kotrechko and Yu. Ya. Meshkov, Predel’naya Prochnost’. Kristally, Metally, Konstruktsii [Ultimate Strength. Crystals, Metals, Structures] (Kiev: Naukova Dumka: 2008) (in Russian).
  4. P. Yu. Volosevych, Proc. of Int. Conf. ‘Fracture Mechanics of Materials and Strength of Structures’ (Lviv: 2009), p. 93 (in Russian).
  5. P. Yu. Volosevych, Usp. Fiz. Met., 12, No. 3, 367 (2011) (in Russian).
  6. P. Yu. Volosevych, Proc. of Int. Conf. ‘Fracture Mechanics of Materials and Strength of Structures’ (June 24–27, 2014) (Lviv: 2014), p. 157 (in Russian).
  7. Yu. Ya. Meshkov, S. A. Kotrechko, and A. V. Shiyan, Mekhanicheskaya Stabil’nost’ Metallov i Splavov [Mechanical Stability of Metals and Alloys] (Kiev: Naukova Dumka: 2014) (in Russian).
  8. P. Yu. Volosevych and A. V. Shiyan, Stal’, No. 6: 58 (2015).
  9. P. Yu. Volosevich, Usp. Fiz. Met., 19, No. 2: 157 (2018) (in Russian).
  10. V. E. Panin, V. A. Likhachev, and O. V. Grinyaev, Strukturnyye Urovni Deformatsii Tverdykh Tel [Structural Deformation Levels of Solids] (Moskva: Nauka: 1985) (in Russian).
  11. H. Haken, Sinergetika. Iyerarkhiya Neustoychivostey v Samoorganizuyushchikhsya Sistemakh i Ustroystvakh [Advanced Synergetics: Instability Hierarchies of Self-Organizing Systems and Devices] (Moskva: Mir: 1985) (Russian translation).
  12. V. Y. Suhakov, Osnovy Synergetyky [Fundamentals of Synergetics] (Kyiv: Oberihy: 2001) (in Ukrainian).
  13. C. C. Gorelik, L. N. Rastorguev, and Yu. A. Skakov, Rentgenograficheskiy i Ehlektronnoopticheskiy Analiz [X-Ray and Electron-Optical Analysis] (Moskva: Metallurgiya: 1976) (in Russian).
  14. Z. S. Basinski and J. W. Christian, Proc. Roy. Soc. A, 223: 554 (1954).
  15. I. Leonov, A. I. Poteryaev, V. I. Anisimov, and D. Vollhardt, Sci. Rep., 4: 55 (2014).
  16. E. V. Sudarikova, Nerazrushayushchiy Kontrol’ v Proizvodstve [Non-Destructive Testing in Production] (Saint Petersburg: 2007) (in Russian).
  17. Kolebaniya i Volny, Optika, Atomnaya i Yadernaya Fizika: Ehlementarnyy Uchebnik Fiziki [Oscillations and Waves, Optics, Atomic and Nuclear Physics: Elementary Physics Textbook] (Ed. G. S. Lansberg) (Moskva: Nauka: 2003) (in Russian).
  18. A. M. Afonin, Fizicheskie Osnovy Mekhaniki [Physical Foundations of Mechanics] (Moskva: Izdatel’stvo MGTU im. Baumana: 2006) (in Russian).
  19. J. Ziman, Printsipy Teorii Tverdogo Tela [Principles of the Theory of Solids] (Moskva: Mir: 1966) (Russian translation).
  20. L. D. Landau and E. M. Lifshits, Teoriya Uprugosti [Theory of Elasticity] (Moskva: Nauka: 1965) (in Russian).
  21. A. M. Kosevich, Osnovy Mekhaniki Kristallicheskoy Reshetki [Fundamentals of Crystal Lattice Mechanics] (Moskva: Nauka: 1972) (in Russian).
  22. J. A. Reissland, Fizika Fononov [The Physics of Phonons] (Moskva: Mir: 1975) (Russian translation).
  23. I. Kh. Badamshin, Ot Chetyrekh k Odnomu. Sily Vnutrennego Vzaimodeystviya i Prochnost’ Materialov [From Four to One. Internal Interaction Forces and Material Strength] (Moskva: Izdatel’skiy Dom Akademii: 2016) (in Russian).
  24. P. Yu. Volosevych, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 16: 1179 (1997) (in Russian).
  25. I. Ya. Perlin and M. Z. Ermanok, Teoriya Volocheniya [Theory of Bragging] (Moskva: Metallurgiya: 1971) (in Russian).
  26. N. N. Davidenkov and N. I. Spiridonova, Zavodskaya Laboratoriya, No. 11: 583 (1945) (in Russian).
  27. V. I. Reznikov and V. M. Segal, Problemy Prochnosti, No. 1: 78 (1980) (in Russian).
  28. P. Yu. Volosevych and T. N. Serditova, Poroshkovaya Metallurgiya, No. 5: 67 (1988) (in Russian).
  29. P. Yu. Volosevych, V. A. Moskalenko, T. N. Serditova, and V. I. Eremin, Metallofizika, 8, No. 3: 111 (1986) (in Russian).
  30. P. Yu. Volosevych, Yu. Ya. Meshkov, and T. N. Serditova, Metallofizika, 7, No. 3: 93 (1985) (in Russian).
  31. S. A. Firstov, Progressivnyye Materialy i Tekhnologii [Progressive Materials and Technologies] (Kiev: 2003), vol. 2, p. 610 (in Russian).
  32. V. I. Trefilov, V. F. Moiseev, E. P. Pechkovskiy, I. D. Gornaya, and A. D. Vasil’ev, Deformatsionnoye Uprochnenie i Razrushenie Polikristallicheskikh Metallov [Strain Hardening and Fracture of Polycrystalline Metals] (Kiev: Naukova Dumka: 1979) (in Russian).
  33. D. McLean, Mekhanicheskie Svoistva Metallov [Mechanical Properties of Metals] (Moskva: Metallurgiya: 1965) (Russian translation).
  34. R. Berner and H. Kronmuller, Plasticheskaya Deformatsiya Monokristallov [Plastic Deformation of Single Crystals] (Moskva: Mir: 1969) (Russian translation).
  35. V. I. Trefilov, Yu. V. Mil’man, and S. A. Firstov, Fizicheskie Osnovy Prochnosti Tugoplavkikh Metallov [Physical Principles of Strength of Refractory Metals] (Kiev: Naukova Dumka: 1975) (in Russian).
  36. T. Yokobori, Nauchnye Osnovy Prochnosti i Razrusheniia Materialov [Scientific Principles of Strength and Fracture of Materials] (Kiev: Naukova Dumka: 1978) (Russian translation).
  37. J. F. Knott, Osnovy Mekhaniki Razrusheniya [Fundamentals of Fracture Mechanics] (Moskva: Metallurgiya: 1978) (Russian translation).
  38. O. N. Romaniv, Vyazkost’ Razrusheniya Konstruktsionnykh Staley [Fracture Toughness of Structural Steels] (Moskva: Metallurgiya: 1979) (in Russian).
  39. V. T. Troshchenko, Deformirovanie i Razrushenie Metallov pri Mnogotsiklovom Nagruzhenii [Deformation and Fracture of Metals under Multiple-Cycle Loading] (Kiev: Naukova Dumka: 1981) (in Russian).
  40. R. W. K. Honeycombe, Plasticheskaya Deformatsiya Metallov [The Plastic Deformation of Metals] (Moskva: Mir: 1972) (Russian translation).
  41. V. P. Alekhin, Fizika Prochnosti i Plastichnosti Poverkhnostnykh Sloev Materialov [Physics of Strength and Plasticity of Surface Layers of Materials] (Moskva: Nauka: 1983) (in Russian).
  42. V. S. Ivanova and V. F. Terent’ev, Fizika i Khimiya Obrabotki Materialov, 1: 79 (1970) (in Russian).
  43. V. S. Ivanova, V. F. Terent’ev, and V. G. Poyda, Metallofizika, No. 43: 63 (1972) (in Russian).
  44. V. F. Terent’ev, Ustalost’ Metallicheskikh Materialov [Fatigue of Metallic Materials] (Moskva: Nauka: 2003) (in Russian).
  45. P. Yu. Volosevych, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 18, No. 10: 63 (1996) (in Russian).
  46. I. V. Gavrilin, Metallurgiya Mashinostroyeniya, No. 4: 10 (2002) (in Russian).
  47. I. V. Gavrilin, Plavlenie i Kristallizatsiya Metallov i Splavov [Melting and Crystallization of Metals and Alloys] (Vladimir: VlGU: 2000) (in Russian).
  48. S. V. Dmitrieva, A. A. Ovcharov, M. D. Starostenkov, and Eh. V. Kozlov, Fizika Tverdogo Tela, 38, No. 6: 1805 (1996) (in Russian).
  49. Yu. Ya. Meshkov, A. V. Shyyan, and O. V. Zatsarna, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 7: 1029 (2020) (in Ukrainian).
  50. S. A. Kotrechko, A. V. Filatov, and A. V. Ovsyannikov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 29, No. 1: 115 (2007) (in Russian).
  51. L. B. Zuev, S. A. Barannikova, and A. G. Lunev, Usp. Fiz. Met., 19, No. 4: 379 (2018) (in Russian).
  52. V. E. Panin, V. E. Egorushkin, A. V. Panin, and A. G. Chernyavskiy, Fizicheskaya Mezomekhanika, 19, No. 1: 31 (2016) (in Russian).
  53. S. Schönecker, X. Li, B. Johansson, S. K. Kwon, and L. Vitos, Sci. Rep., 5: 14860 (2015).
  54. A. Patra, J. E. Bates, J. Sun, and J. P. Perdew, PNAS, 114: E9188 (2017).

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© 1979 «Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України»