Переходный процесс при одноосном растяжении упруго-пластического стержня
Ключевые слова:
теория Дебая, продольные стоячие волны, возмущение поверхности тела
Аннотация
Выполнена оценка возможности возмущения поверхности упруго-пластичного стержня при взаимодействии растягивающей силы с продольными стоячими волнами Дебая.
Работа проведена как теоретическое исследование процесса возникновения возмущения поверхности растягиваемого упруго-пластичного стержня.
Предложена гипотеза о возникновении переходного процесса при взаимодействии растягивающей силы, приложенной к упруго-пластичному стержню, с продольными стоячими волнами Дебая, приводящего к возмущению его поверхности и возможности зарождения на начальном участке стержня первоначальных пластических сдвигов, предшествующих его разрушению. Гипотеза согласуется с принятой многомасштабностью (на микро-, мезо- и макроуровнях) процессов применительно к пластическому течению и разрушению упруго-пластичного растягиваемого тела.
Полученные результаты могут быть полезны при исследовании процессов образования пластических сдвигов в упруго-пластичном стержне, а также учтены при построении методик расчетов на долговечность и ресурс как материалов оборудования, так и самого оборудования АЭС.
Из результатов расчетов, проведенных по предложенной гипотезе, следует, что на поверхности упруго-пластичного стержня взаимодействие растягивающей силы, приложенной к стрежню, с продольными стоячими волнами Дебая создает колебательный переходной процесс, приводящий к возмущению поверхности. Максимальное возмущение приходится на начальный участок стержня, что позволяет объяснить зарождение на этом участке первоначальных пластических сдвигов, отмечаемых в ряде работ. Можно предположить, что первоначальное пластическое течение на начальном участке стержня определяется вакансиями, создаваемыми максимальным возмущением на этом участке. Данное предположение основывается на возможности течения кристаллического материала не только с помощью дислокаций, но и при их отсутствии, за счёт вакансий. Поверхностный слой при этом проявляет специфические механизмы пластического течения недислокационной природы. В соответствии с предлагаемой гипотезой наиболее ярко это проявляется на начальном участке стержня.
Литература
1. Макаров П.В., Евтушенко Е.П., Еремин М.О. Эволюция напряженно-деформированного состояния горного массива с выработками. Математическое моделирование. Томск: Издат. дом Томского гос. ун-та, 2016.
2. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Луценко А.Н. Площадь свободной поверхности как критерий хрупкого разрушения // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 2(47). С. 69—79.
3. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. I. Физические основы многоуровневого подхода // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9. № 3. С. 9—22.
4. Трусов П.В., Швейкин А.И. Многоуровневые модели моно- и поликристаллических материалов: теория, алгоритмы, примеры применения. Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения РАН, 2019.
5. Неганов Д.А. Зорин Е.Е., Зорин Н.Е. Оценка влияния поверхностных трещиноподобных концентраторов напряжений на работоспособность магистральных трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2021. Т. 11. № 1. С. 8—15.
6. Пачурин Г.В. К вопросу о гипотезах коррозионно-усталостного разрушения металлов и сплавов // Фундаментальные исследования. 2014. № 3(1). С. 28—34.
7. Пачурин Г.В. Роль структуры поверхности в коррозионной усталости деформированных металлических материалов // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 1. С. 434—450.
8. Алфёрова Е.А., Филиппов А.В. Влияние структуры материала на морфологию деформированной поверхности // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2020. Т. 22. № 1. С. 90—101.
9. Хон Ю.А., Каминский П.П., Пономарев А.Н. Динамическая неустойчивость поверхности твердых тел под нагрузкой // Физика твердого тела. 2018. Т. 60. № 7. С. 1334—1340.
10. Товбин Ю.К. Термодинамика и деформированные состояния твердых тел // Журнал физической химии. 2020. Т. 94. № 2. С. 204—212.
11. Романова В.А. и др. Эволюция мезоскопического деформационного рельефа и локальных деформаций в процессе растяжения поликристаллического алюминия // Физическая мезомеханика. 2021. Т. 24. № 5. С. 79—88.
12. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: МедиаСтар, 2006.
13. Пфейффер П. Колебания упругих тел. М.: КомКнига, 2006.
14. Стенин В.А. Термодинамика осевого растяжения стержня // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. № 5—1. С. 62—64.
15. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 2. М.: Физматлит, 2001.
16. Kittel Ch. Introduction to Solid State Physics. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2005.
17. Majumdar A. Microscale Energy Transport in Solid // Microscale Energy Transport. N.-Y.: CRC Press, 1997.
18. Макаров П.В., Перышкин А.Ю. Моделирование «медленных движений» — автоволн неупругой деформации в пластичных и хрупких материалах и средах // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19. № 2. С. 32—46.
19. Макаров П.В., Хон Ю.А., Перышкин А.Ю. Медленные деформационные фронты. Модель и особенности распространения // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 755—769.
20. Панин В.Е., Панин А.В. Эффект поверхностного слоя в деформируемом твердом теле // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 5. С. 7—15.
21. Zasimchuk E.E. e. a. Hydrodynamic Modes of Plastic Deformation in F.C.C. and B.C.C. Metal Nanocrystals // Металлофизика. Новейшие технологии. 2020. № 42(2). С. 281—288. (in Ukrainian).
22. Давыдов С.Ю. Расчет энергии активации поверхностной самодиффузии атомов переходных металлов // Физика твердого тела. 1999. Т. 41. № 1. С. 11—13.
23. Соловьев С.Д., Кораблев Г.А., Кодолов В.И. Расчет энергии активации объемной диффузии и самодиффузии элементов в твердых телах // Химическая физика и мезоскопия. 2005. Т. 7. № 1. С. 31—40.
24. Беленький А.Я. Электронные поверхностные состояния в кристаллах // Успехи физических наук. 1981. Т. 134. № 1. С. 125—147.
---
Для цитирования: Иванов С.О. Переходный процесс при одноосном растяжении упруго-пластического стержня // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 110—116. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-110-116
#
1. Makarov P.V., Evtushenko E.P., Eremin M.O. Evolyutsiya Napryazhenno-deformirovannogo Sostoyaniya Gornogo Massiva s Vyrabotkami. Matematicheskoe Modelirovanie. Tomsk: Izdat. Dom Tomskogo Gos. Un-ta, 2016. (in Russian).
2. Oreshko E.I., Erasov V.S., Lutsenko A.N. Ploshchad' Svobodnoy Poverkhnosti kak Kriteriy Khrupkogo Razrusheniya. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2017;2(47):69—79. (in Russian).
3. Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V. Fizicheskaya Mezomekhanika Deformiruemogo Tverdogo Tela kak Mnogourovnevoy Sistemy. I. Fizicheskie Osnovy Mnogourovnevogo Podkhoda. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2006;9;3:9—22. (in Russian).
4. Trusov P.V., Shveykin A.I. Mnogourovnevye Modeli Mono- i Polikristallicheskikh Materialov: Teoriya, Algoritmy, Primery Primeneniya. Novosibirsk: Izd-vo Sibirskogo Otdeleniya RAN, 2019. (in Russian).
5. Neganov D.A. Zorin E.E., Zorin N.E. Otsenka Vliyaniya Poverkhnostnykh Treshchinopodobnykh Kontsentratorov Napryazheniy na Rabotosposobnost' Magistral'nykh Truboprovodov. Nauka i Tekhnologii Truboprovodnogo Transporta Nefti i Nefteproduktov. 2021;11;1:8—15. (in Russian).
6. Pachurin G.V. K Voprosu o Gipotezakh Korrozionno-ustalostnogo Razrusheniya Metallov i Splavov. Fundamental'nye Issledovaniya. 2014;3(1):28—34. (in Russian).
7. Pachurin G.V. Rol' Struktury Poverkhnosti v Korrozionnoy Ustalosti Deformirovannykh Metallicheskikh Materialov. Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya. 2014;1:434—450. (in Russian).
8. Alferova E.A., Filippov A.V. Vliyanie Struktury Materiala na Morfologiyu Deformirovannoy Poverkhnosti. Obrabotka Metallov (Tekhnologiya, Oborudovanie, Instrumenty). 2020;22;1:90—101. (in Russian).
9. Khon Yu.A., Kaminskiy P.P., Ponomarev A.N. Dinamicheskaya Neustoychivost' Poverkhnosti Tverdykh Tel pod Nagruzkoy. Fizika Tverdogo Tela. 2018;60;7:1334—1340. (in Russian).
10. Tovbin Yu.K. Termodinamika I Deformirovannye Sostoyaniya Tverdykh Tel. Zhurnal Fizicheskoy Khimii. 2020;94;2:204—212. (in Russian).
11. Romanova V.A. i dr. Evolyutsiya Mezoskopicheskogo Deformatsionnogo Rel'efa i Lokal'nykh Deformatsiy v Protsesse Rastyazheniya Polikristallicheskogo Alyuminiya. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2021;24;5:79—88. (in Russian).
12. Kittel' Ch. Vvedenie v Fiziku Tverdogo Tela. M.: MediaStar, 2006. (in Russian).
13. Pfeyffer P. Kolebaniya Uprugikh Tel. M.: KomKniga, 2006. (in Russian).
14. Stenin V.A. Termodinamika Osevogo Rastyazheniya Sterzhnya. Aktual'nye Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2014;5—1:62—64. (in Russian).
15. Fikhtengol'ts G.M. Kurs Differentsial'nogo i Integral'nogo Ischisleniya. T. 2. M.: Fizmatlit, 2001. (in Russian).
16. Kittel Ch. Introduction to Solid State Physics. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2005.
17. Majumdar A. Microscale Energy Transport in Solid. Microscale Energy Transport. N.-Y.: CRC Press, 1997.
18. Makarov P.V., Peryshkin A.Yu. Modelirovanie «Medlennykh Dvizheniy» — Avtovoln Neuprugoy Deformatsii v Plastichnykh i Khrupkikh Materialakh i Sredakh. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2016;19;2:32—46. (in Russian).
19. Makarov P.V., Khon Yu.A., Peryshkin A.Yu. Medlennye Deformatsionnye Fronty. Model' i Osobennosti Rasprostraneniya. Geodinamika i Tektonofizika. 2018;9;3:755—769. (in Russian).
20. Panin V.E., Panin A.V. Effekt Poverkhnostnogo Sloya v Deformiruemom Tverdom Tele. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2005;8;5:7—15. (in Russian).
21. Zasimchuk E.E. e. a. Hydrodynamic Modes of Plastic Deformation in F.C.C. and B.C.C. Metal Nanocrystals. Metallofizika. Noveyshie tekhnologii. 2020;42(2):281—288. (in Ukrainian).
22. Davydov S.Yu. Raschet Energii Aktivatsii Poverkhnostnoy Samodiffuzii Atomov Perekhodnykh Metallov. Fizika Tverdogo Tela. 1999;41;1:11—13. (in Russian).
23. Solov'ev S.D., Korablev G.A., Kodolov V.I. Raschet Energii Aktivatsii Ob'emnoy Diffuzii i Samodiffuzii Elementov v Tverdykh Telakh . Khimicheskaya Fizika i Mezoskopiya. 2005;7;1:31—40. (in Russian).
24. Belen'kiy A.Ya. Elektronnye Poverkhnostnye Sostoyaniya v Kristallakh. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 1981;134;1:125—147. (in Russian)
---
For citation: Ivanov S.O. A Transient during Uniaxial Tension of an Elastic-Plastic Rod. Bulletin of MPEI. 2024;2:110—116. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-110-116
2. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Луценко А.Н. Площадь свободной поверхности как критерий хрупкого разрушения // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 2(47). С. 69—79.
3. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. I. Физические основы многоуровневого подхода // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9. № 3. С. 9—22.
4. Трусов П.В., Швейкин А.И. Многоуровневые модели моно- и поликристаллических материалов: теория, алгоритмы, примеры применения. Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения РАН, 2019.
5. Неганов Д.А. Зорин Е.Е., Зорин Н.Е. Оценка влияния поверхностных трещиноподобных концентраторов напряжений на работоспособность магистральных трубопроводов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2021. Т. 11. № 1. С. 8—15.
6. Пачурин Г.В. К вопросу о гипотезах коррозионно-усталостного разрушения металлов и сплавов // Фундаментальные исследования. 2014. № 3(1). С. 28—34.
7. Пачурин Г.В. Роль структуры поверхности в коррозионной усталости деформированных металлических материалов // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 1. С. 434—450.
8. Алфёрова Е.А., Филиппов А.В. Влияние структуры материала на морфологию деформированной поверхности // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2020. Т. 22. № 1. С. 90—101.
9. Хон Ю.А., Каминский П.П., Пономарев А.Н. Динамическая неустойчивость поверхности твердых тел под нагрузкой // Физика твердого тела. 2018. Т. 60. № 7. С. 1334—1340.
10. Товбин Ю.К. Термодинамика и деформированные состояния твердых тел // Журнал физической химии. 2020. Т. 94. № 2. С. 204—212.
11. Романова В.А. и др. Эволюция мезоскопического деформационного рельефа и локальных деформаций в процессе растяжения поликристаллического алюминия // Физическая мезомеханика. 2021. Т. 24. № 5. С. 79—88.
12. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: МедиаСтар, 2006.
13. Пфейффер П. Колебания упругих тел. М.: КомКнига, 2006.
14. Стенин В.А. Термодинамика осевого растяжения стержня // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. № 5—1. С. 62—64.
15. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 2. М.: Физматлит, 2001.
16. Kittel Ch. Introduction to Solid State Physics. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2005.
17. Majumdar A. Microscale Energy Transport in Solid // Microscale Energy Transport. N.-Y.: CRC Press, 1997.
18. Макаров П.В., Перышкин А.Ю. Моделирование «медленных движений» — автоволн неупругой деформации в пластичных и хрупких материалах и средах // Физическая мезомеханика. 2016. Т. 19. № 2. С. 32—46.
19. Макаров П.В., Хон Ю.А., Перышкин А.Ю. Медленные деформационные фронты. Модель и особенности распространения // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 755—769.
20. Панин В.Е., Панин А.В. Эффект поверхностного слоя в деформируемом твердом теле // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 5. С. 7—15.
21. Zasimchuk E.E. e. a. Hydrodynamic Modes of Plastic Deformation in F.C.C. and B.C.C. Metal Nanocrystals // Металлофизика. Новейшие технологии. 2020. № 42(2). С. 281—288. (in Ukrainian).
22. Давыдов С.Ю. Расчет энергии активации поверхностной самодиффузии атомов переходных металлов // Физика твердого тела. 1999. Т. 41. № 1. С. 11—13.
23. Соловьев С.Д., Кораблев Г.А., Кодолов В.И. Расчет энергии активации объемной диффузии и самодиффузии элементов в твердых телах // Химическая физика и мезоскопия. 2005. Т. 7. № 1. С. 31—40.
24. Беленький А.Я. Электронные поверхностные состояния в кристаллах // Успехи физических наук. 1981. Т. 134. № 1. С. 125—147.
---
Для цитирования: Иванов С.О. Переходный процесс при одноосном растяжении упруго-пластического стержня // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 110—116. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-110-116
#
1. Makarov P.V., Evtushenko E.P., Eremin M.O. Evolyutsiya Napryazhenno-deformirovannogo Sostoyaniya Gornogo Massiva s Vyrabotkami. Matematicheskoe Modelirovanie. Tomsk: Izdat. Dom Tomskogo Gos. Un-ta, 2016. (in Russian).
2. Oreshko E.I., Erasov V.S., Lutsenko A.N. Ploshchad' Svobodnoy Poverkhnosti kak Kriteriy Khrupkogo Razrusheniya. Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii. 2017;2(47):69—79. (in Russian).
3. Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V. Fizicheskaya Mezomekhanika Deformiruemogo Tverdogo Tela kak Mnogourovnevoy Sistemy. I. Fizicheskie Osnovy Mnogourovnevogo Podkhoda. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2006;9;3:9—22. (in Russian).
4. Trusov P.V., Shveykin A.I. Mnogourovnevye Modeli Mono- i Polikristallicheskikh Materialov: Teoriya, Algoritmy, Primery Primeneniya. Novosibirsk: Izd-vo Sibirskogo Otdeleniya RAN, 2019. (in Russian).
5. Neganov D.A. Zorin E.E., Zorin N.E. Otsenka Vliyaniya Poverkhnostnykh Treshchinopodobnykh Kontsentratorov Napryazheniy na Rabotosposobnost' Magistral'nykh Truboprovodov. Nauka i Tekhnologii Truboprovodnogo Transporta Nefti i Nefteproduktov. 2021;11;1:8—15. (in Russian).
6. Pachurin G.V. K Voprosu o Gipotezakh Korrozionno-ustalostnogo Razrusheniya Metallov i Splavov. Fundamental'nye Issledovaniya. 2014;3(1):28—34. (in Russian).
7. Pachurin G.V. Rol' Struktury Poverkhnosti v Korrozionnoy Ustalosti Deformirovannykh Metallicheskikh Materialov. Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya. 2014;1:434—450. (in Russian).
8. Alferova E.A., Filippov A.V. Vliyanie Struktury Materiala na Morfologiyu Deformirovannoy Poverkhnosti. Obrabotka Metallov (Tekhnologiya, Oborudovanie, Instrumenty). 2020;22;1:90—101. (in Russian).
9. Khon Yu.A., Kaminskiy P.P., Ponomarev A.N. Dinamicheskaya Neustoychivost' Poverkhnosti Tverdykh Tel pod Nagruzkoy. Fizika Tverdogo Tela. 2018;60;7:1334—1340. (in Russian).
10. Tovbin Yu.K. Termodinamika I Deformirovannye Sostoyaniya Tverdykh Tel. Zhurnal Fizicheskoy Khimii. 2020;94;2:204—212. (in Russian).
11. Romanova V.A. i dr. Evolyutsiya Mezoskopicheskogo Deformatsionnogo Rel'efa i Lokal'nykh Deformatsiy v Protsesse Rastyazheniya Polikristallicheskogo Alyuminiya. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2021;24;5:79—88. (in Russian).
12. Kittel' Ch. Vvedenie v Fiziku Tverdogo Tela. M.: MediaStar, 2006. (in Russian).
13. Pfeyffer P. Kolebaniya Uprugikh Tel. M.: KomKniga, 2006. (in Russian).
14. Stenin V.A. Termodinamika Osevogo Rastyazheniya Sterzhnya. Aktual'nye Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2014;5—1:62—64. (in Russian).
15. Fikhtengol'ts G.M. Kurs Differentsial'nogo i Integral'nogo Ischisleniya. T. 2. M.: Fizmatlit, 2001. (in Russian).
16. Kittel Ch. Introduction to Solid State Physics. N.-Y.: John Wiley & Sons, 2005.
17. Majumdar A. Microscale Energy Transport in Solid. Microscale Energy Transport. N.-Y.: CRC Press, 1997.
18. Makarov P.V., Peryshkin A.Yu. Modelirovanie «Medlennykh Dvizheniy» — Avtovoln Neuprugoy Deformatsii v Plastichnykh i Khrupkikh Materialakh i Sredakh. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2016;19;2:32—46. (in Russian).
19. Makarov P.V., Khon Yu.A., Peryshkin A.Yu. Medlennye Deformatsionnye Fronty. Model' i Osobennosti Rasprostraneniya. Geodinamika i Tektonofizika. 2018;9;3:755—769. (in Russian).
20. Panin V.E., Panin A.V. Effekt Poverkhnostnogo Sloya v Deformiruemom Tverdom Tele. Fizicheskaya Mezomekhanika. 2005;8;5:7—15. (in Russian).
21. Zasimchuk E.E. e. a. Hydrodynamic Modes of Plastic Deformation in F.C.C. and B.C.C. Metal Nanocrystals. Metallofizika. Noveyshie tekhnologii. 2020;42(2):281—288. (in Ukrainian).
22. Davydov S.Yu. Raschet Energii Aktivatsii Poverkhnostnoy Samodiffuzii Atomov Perekhodnykh Metallov. Fizika Tverdogo Tela. 1999;41;1:11—13. (in Russian).
23. Solov'ev S.D., Korablev G.A., Kodolov V.I. Raschet Energii Aktivatsii Ob'emnoy Diffuzii i Samodiffuzii Elementov v Tverdykh Telakh . Khimicheskaya Fizika i Mezoskopiya. 2005;7;1:31—40. (in Russian).
24. Belen'kiy A.Ya. Elektronnye Poverkhnostnye Sostoyaniya v Kristallakh. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 1981;134;1:125—147. (in Russian)
---
For citation: Ivanov S.O. A Transient during Uniaxial Tension of an Elastic-Plastic Rod. Bulletin of MPEI. 2024;2:110—116. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-110-116
Опубликован
2023-12-21
Выпуск
Раздел
Ядерные энергетические установки, топливный цикл, радиационная безопасность (технические науки) (2.4.9)
