A Transient during Uniaxial Tension of an Elastic-Plastic Rod
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-2-110-116Keywords:
Debye theory, longitudinal standing waves, disturbance of the body surfaceAbstract
The possibility of the elastic-plastic rod surface to become disturbed during the interaction of a tensile force with longitudinal standing Debye waves is evaluated.
The work was carried out as a theoretical study of the process through which the surface of a tensile elastic-plastic rod becomes disturbed.
A hypothesis is proposed, according to which a transient occurs during the interaction of a tensile force applied to an elastic-plastic rod with longitudinal standing Debye waves, as a result of which the rod surface becomes disturbed, and the incipience of initial plastic shifts in the rod initial section that precede the rod destruction is possible. The hypothesis is consistent with the adopted multiscale nature of the processes (at micro-, meso- and macro levels) as applied to the plastic flow and destruction of a tensile elastic-plastic body.
The results obtained can be useful in studying the processes through which plastic shears appear in an elastic-plastic rod; they were also taken into account in the development of methods for calculating the durability and lifetime of both NPP equipment materials and NPP equipment itself.
It follows from the results of calculations carried out according to the proposed hypothesis that the interaction of a tensile force applied to the rod with longitudinal standing Debye waves gives rise to an oscillatory transient, as a result of which the surface becomes disturbed. The maximum disturbance takes place in the rod initial section, which makes it possible to explain the incipience of initial plastic shifts in this section that are noted in a number of research works. It can also be conjectured that the initial plastic flow in the rod initial section is governed by the vacancies produced by the maximum disturbance in this section. This conjecture is based on the possibility of crystalline material to flow not only due to dislocations, but also without them, due to vacancies. In this case, the surface layer exhibits specific mechanisms of plastic flow of a non-dislocation nature. In accordance with the proposed hypothesis, this will manifest itself most clearly in the rod initial section.
References
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
