Введение к работе
Актуальность проблемы. Создание киьц;; еадоз ісер-імическах и ідственшгх и?' коупорип'.іоннкх vat гриатив, расзчрчя возможности ;ос жменения в различных областях наук;! и гох.чик о?усло»пива9Т юбходимость разработки э'Кчзктивнлу методов исследования струк-ры и физико-мвханическ:ГХ свойств используегаж материалов.
В последние голу значительное внимание уделяется развитию устико-г<мисоионннх метпт; ов исол-":ГіОйа»'.ія маторн.ччов, основаниях . регистрации и аначизе акустического лзлу«нг.ч, возникающего ііо^іуОіствс::*:" ? г<->па внутренней динамической" локальной перэст-йки структури тз^р.г'ог" тйііи. Cui»i-i.wOv.t::;" -г?л,,,"''у?ть«> .ямп^х лучения является динамический характер вызывающих его э'Мчкт-ив,
0 позволяет использовать явление акустической эмиссия (A3) в
честве перспективного метода исследования в физике твердого т<з-
, механике-деформируемого твердого тела, а такч-со в области не-
зрутащего контроля (НК) [l,2J. ' _ .
Успешное применение акустлко-эшссионных .методов-для ЯССЛЄ-вания структури я фнзикЪ-механических свойств материалов невоз-кно без достаточного теоретического и экспериментального обес-вания, опирающегося на фундаментальные закономерности процессов формирования и повреждаемости твердых тел, рассмотрение которых
КЖНО ПРОВОДИТЬСЯ С ПОЗИЦИЙ С03р9МЄНІШХ КИН9ЇКЧЄСКИХ цродстовле-
й физики разрушения [з-?1. изучение физических процессов при формировании и разруиения реальных твердых гал должно базировали на глубоком термодинамическом анализе, в основе которого ле-г структурно-энергетическая интерпретация физических механизмов їсипации энергии [8,9] , с учетом иерархии структурных уровней їюрклїровання и повреждаемости, з тячче изменения их функцяональ-( ролей на различных стадиях разрушения (.гаториачов flO.llj. Та-! подход позволяет выработать наиболее общие и универсальные меда экспериментальной физики разрушения," прэдлонать новые зкспе-«знтально проверяемые, параметры я критерии разрушения.
В свете изложенного, проблема экспериментального исследова-i акустико-механичвских диссипативкых полей в керамических и ютвенных им материалах представляется весьма актуальной и пер-жгивной, как с позиций чисто академических, (фундаментальных, іледований в области/физики процессов разрушения, так и с пози-
1 решения задач прикладного характера, поскольку постановка таг
: исследований не тольао развиваем представления о физических
основах акустико-ьмиссионных методов изучения структуры твердых тел, но также создает экспериментальную базу для разработки конк регных методик оценки структурного.состояния и прогнозирования прочностных свойств керамических'и родственных им материалов в условиях их реальной эксплуатации.
Цель оаботц. Основной целью работы являлось экспериментальное исследование Лирической природы акустико-механическях дисси-пативпых полей в керамических я родственных им композиционных зернистых средах, а также разработка физических основ акустико-змиссионных методов изучения структуры и физико-механических свойств керамических к родственных им материалов. Основными направлениями исследования являлись:
-
Экспериментальное исследование закономерностей пластической деформации, поврз:кдаемооти и разрушения квазихрупких материалов на основа изучения термодинамического баланса диссипации энергии в ходе процессов неупругого деформирования и разрушения керамических и родственных им материалов с-использованием метода АЭ для определения скрытой внутренней энергии разрушения ир .
-
Разработка акустико-эмиссионного термодинамического метода прогнозирования прочностных свойств хрупких и квазихрупких материалов, обоснование новых параметров поврездаемости и критериев разрушения.
-
Экспериментальное исследование процессов деструкции при влагопоглощении в керамических и. родственных им материалах на основе регистрации амплитудных и временных параметров АЭ.
-
Разработка акустико-эмиссионного метода оценки структурного состояния и прогнозирования прочностных свойств керамических и родственных им материалов, подверженных воздействию водной среды. : _
Научная новизна. Степень новизны определяется-следующимv
1.'Впервые проведен анализ процессов деформирования и разру
шения квазихрупких материалов с позиций термодинамической теории
прочности и представлений об эволюции структурных уровней дефор
мации и разрушения, предложена феноменологическая модель, базиру
ющаяся на структурно-энергетической интерпретации и рассмотрении
тзрмотшамкчэско.го баланса диссипации энергии при неупругом де
формировании квазпхруяких материалов. . ' '
2. Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование закономерностей пластической деформации, повреждаемости и разрушении- квазяхрулках материалов, основанное на анализе термо-
;инамического баланса диссипации упругой энергии, с лспгшьзованч-м катода АЭ для изучения кинетики накопления скрыто? рнугеаннай нергии разрушения U,r в деформируемых объемах твердого тела.
-
Впервые предложены акустико-эмлссяошше термодинаг/ическ/п араметры повреждаемости и критерии разрушения, которые могут нл-ользсваться для экспериментального определения структурного eon-ояния и прогнозирования прочностных свойств кзазихрупких м.атера-лов.
-
Впервые проведено экспоримэнтапьное исследование иглцсо'-ов повреждаемости структуры творши тел при взаішодвііотвім с ьаиоя ирйдой кэтолс?* Л-- Уст^нг""»" характер взаимосвязи МЄЧДУ арамвграмя A3 л законо:*?р**остгі?.:я уротмсолн пй".труісииіі камйлшчо--хх и родственных им материалов при влагопоглощении.
Научные положения, выносимые на защиту;
1. Экспериментально установленная взаимосвязь мв'їду законо-
эрностями развития процессов пластической деформации, поврехдае-
зсти и разрушения о одной стороны, и изменением основній Физичэ-
вис механизмов диссипации энергии при иаупругом деформировании
заэихрупкях материалов с'другой. При этом утверждается, что:
а) Относительный вклад интенсивности накопления скрытой вну~
тенней энергии разрушения UL? в суммарную мощность диссипаши W
)зрастазт по мере развития процессов повретщаемости;
б) Степень повречЕденности деформируемого твердого тела одно-
іачио определяется величиной впервые введенного в данной работе
устико-эмиссионного термодинамического параметра повреждаемости
~ & /&W< (ГЛ9: лс- - энергия дискретной последовательности тульсов АЭ, aW - суммарная диссипация'упругой энергии в таче-:е некоторого временного интервала лі ) , характеризующего отно-тальный вклад интенсивности накопления скрытой внутренней энер-:и іізруления tip в суммарную мощность диссипации w ,
2. Экспериментально установленная взаимосвязь между кинети-
Й процессов повреждаемости в керамических и родственных им ма-
риалах при взаимодействии с водной средой с одной стороны, и
плитуднкми, временным;! и энергетическими параметрами акустлчвс-
го излучения с другой. При этом утверждается, что;
а) Степень корреляции между отдельными актами разрушения
зрастает по мере развития процессов деструкции при влагопогло-
кии, что приводит к изменению амплитудного и временного спэкт-
в сигналов АЭ;
б) Степень аозрежденкости структуры керамических и родст-
венных им материалов на различных этапах влагопоглощения одиозна чно характеризуется величиной статистических акустико-эмиссионны: параметров: V - количественной мерой отклонения амплитудного распределения дискретных импульсов АЭ от экспоненциального вида, - количественной мерой отклонения временного потока событий A3 от пуассоновского потока независимых событий. Научная и практическая ценность работы;
-
Экспериментально показана применимость термодинамической концепции прочности и представлений о развитии необратимых проце( сов, связанных с образованием диссипативных структур на различию масштабных уровнях, обеспечивающих трансформацию упругой энергии, поступающей в, деформируемые объемы материала за счет работы внешних сил, в тепловую энергию Q и скрытую внутреннюю анергию U различного рода дефектов иповреждении структуры твердого тела, для описания процессов пластического деформирования, повреждаемости и разрушения различных квазихрупких материалов.
-
Впервые разработан акустико-эмиссиояный термодинамический метод прогнозирования прочностных свойств хрупких и квазихрупких материалов. Предложены качественно новые акустико-эмиссионные термодинамические параметры повреадаемости и критерии разрушения ' твердых тол,, использование которых значительно расширяет возможности практического применения акустико-эмиссионных методов исследования материалов. ' .
-
Экспериментально показана, высокая чувствительность статистических амплитудных и временных параметров A3 и эффективность их использования для изучения кинетики процессов повреадаемости неметаллических материалов в водной среде. Разработана методика, основанная на анапизв адаиятудного и временного спектров сигналов АІЗ, позволяющая производить оценку состояния повреаденности и прогнозирование долговременного поведения прочностных свойств -керамических и родственных им материалов, подвергающихся постоянному или периодическому воздействию водной среды. "
Результаты проведенных автором исследований нашли практическое внедрение и использование - ирл организации научно-исследовательской работы в области исследования свойств различных материалов, а также, при .организации учебного процесса в следующих учреждениях: РГАЗ, ЛІТУ, РГіІУ. Fr/ПС. (г. Ростов н/Jx) , ТАСИ (г. Та»- . кент), КБАИ (г. Нальчик), ЖХ АН Украины (г. Киев).
Результаты.проведении* авюром исследований были полоханий основу конкретных рекомендаций по разработке 'и созданию р&.члячко-
_ 7 -
чэ рода приборов и устройстз, нашедших пришкзние в чонкпйтннх от-іаслях промндленности, строительства, уедацины, а так?5 ислолк.о-іавгаихся при выполнений научно-исследовательской работа в ЗУЗах, ИИ, КБ, НПО. 3 ходе работы автором получено 3,1 рапдоналчг\": );;.--:их предложения, а также 27 производственных рч.чработсч, о-'у'чіи-ованных в а»?»рмадионннх листках Ростовского ІІНТ!Ї.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работ к складывались и: обсуждались на 2 Всесоюзной контренная по аку-тической эмиссии (Килинев, 1937), 7м Всесоюзном семинаре :ю G';i'I-злучэниям ^Якутск, 1935), региональных и. областных научно-тші*--всдага «онфвранщых 2 сскяпзр^т, ««>*лутадпомств9ш<см научно-мото-ячоском семинаре "Совромзнпоо состоянии л актуальний про-лг-rj явзапннх выбросов угля, пород н газа" (Ростов к/Д, 199,2 j.
Публикация. Но материалам диссертации опубликовано всего ЗЭ эчатных работ, из них 8 статей, 4 тезисов докладов, 27 информа-юнных листков.
Личный вклад автора. Зев основные результаты работы получены !Чно автором. Автор под руководством ії.Я.Ниии4х)рова непосредст-»нно участвовал в постановка задач, выборе объекгов исследования, получении, обсуждении и интерпретации результатов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введение, глав, заключения, списка литературы и 2 приложений, содержит О страниц, в том числе 77 рисунков и 3 таблицы. Список литпра-ры содержит 243 наименования.отечественных и зарубежны* источ-ков.