Содержание к диссертации
Введение
1 Развитие основных концепций пластической деформации 11
1.1 Пластические сдвиговые движения в поликристаллах 11
1.2 Пластические поворотные движения 13
1.2.1 Виды поворотов 13
1.2.2 Релаксационный поворот. Схема зерно в зерне 16
1.2.3 Активный поворот по Панину 18
1.2.4 Активный поворот. Полосы переориентации. Схема сдвиг качением 19
1.2.5 Поворот вблизи поверхностей трения 21
1.2.6 Повороты в тонких слоях 23
1.2.7 Поворот зерен 24
2 Модель поворота структурного элемента как упругого целого. Энергетический метод анализа 27
2.1 Связь поворотов структурного элемента с дислокациями Со-милианы 27
2.2 Геометрические условия поворота структурного элемента как целого 29
2.3 Энергетические условия поворота 34
2.3.1 Пластическая макродеформация поворота 34
2.3.2 Схема расчета упругого поля поворота 36
2.3.3 Сосредоточенная сила в упругой плоскости 37
2.3.4 Расчет компонент тензора напряжений 39
2.3.5 Приближенные формулы расчета тензора напряжений 41
2.3.6 Изменение упругой энергии 44
2.3.7 Работа проскальзывания 46
2.3.8 Энергия границы ядра 48
2.3.9 Энергия несоответствия формы 49
2.4 Результаты расчета энергетического баланса и компонент тензора напряжений 51
2.4.1 Развитие поворотных движений 55
2.5 Сопоставление с данными экспериментов 57
2.5.1 Схема зерно в зерне 57
2.5.2 Схема сдвиг качением 58
2.6 Заключение 60
3 Влияние вида напряженного состояния на поворот структурного элемента как целого. Силовой метод анализа 62
3.1 Влияние вида напряженного состояния матрицы на соответствие форм 62
3.2 Силовой метод анализа начала поворота ядра 67
3.3 Влияние различных факторов на начало поворота 72
3.4 Сравнение результатов энергетического и силового методов анализа 76
3.5 Заключение 77
4 Усиление неоднородности в распределении контактной на грузки под влиянием пластических сдвигов 79
4.1 Модель неоднородности распределения контактной нагрузки 79
4.1.1 Основные формулы метода сопряжения Мусхелишвили 82
4.1.2 Решение первой основной задачи для полуплоскости . 85
4.1.3 Особенности поля напряжений 86
4.2 Определение и условие образования незавершенного сдвига . 89
4.2.1 Решение первой основной задачи для бесконечной плоскости с разрезом 91
4.2.2 Решение без полюсов на концах участка сдвига 92
4.2.3 Метод анализа взаимодействия поверхностной неоднородности и НС в пограничном слое 95
4.2.4 Результаты расчетов 97
4.2.5 Обсуждение принятых приближений 100
4.3 Изменения на участке граничной неоднородности, вызванные полем НС 103
4.3.1 Смещения 103
4.3.2 Варианты взаимодействия поверхностной неоднородности и пластического сдвига. Симбиоз 106
4.4 Заключение 110
Выводы по диссертации 112
- Активный поворот. Полосы переориентации. Схема сдвиг качением
- Результаты расчета энергетического баланса и компонент тензора напряжений
- Влияние вида напряженного состояния матрицы на соответствие форм
- Решение первой основной задачи для бесконечной плоскости с разрезом
Введение к работе
Отношение к пластической деформации (ПД) в технике многоплановое. Ряд технических процессов заключается непосредственно в пластическом деформировании. К таким процессам относятся все способы обработки металлов давлением. В других случаях ПД нежелательна и ее необходимо исключить. Если от детали требуется сохранять определенный уровень прочности, то даже незначительная ПД приводит к выходу детали из эксплуатации. Во многих случаях ПД сопровождает основные процессы и оказывает существенное влияние на них. Так например, при трении, при обработке металлов резанием, при разрушении, в том числе при измельчении, твердых тел ПД играет важную роль.
Совершенно очевидно, что для решения задач, связанных с ПД в технике, необходима физическая теория этого процесса. Развитие этой теории, можно считать, началось в конце 30-х годах прошлого века, когда в работах Поляни [112], Орована [113, 114] и Тейлора [115] были сформулированы представления о решеточных дислокациях, как об атомных механизмах ПД кристаллов. Теория дислокация, а в более широком виде, теория дефектов кристаллической решетки составляет основу атомных представлений о процессе ПД. Эта теория позволила получить в технике ряд крупных положительных результатов. Развитие этой теории, по крайней мере, концептуальное, завершено. Однако, теория дислокаций не оправдала всех ожиданий. При объяснении процессов обработки металлов давлением, трения и т.д. теория встречает затруднения. Полная теория ПД осталась незавершенной. Изложенное показывает, что развитие теоретических представлений о ПД не окончено, и, учитывая широкое проявление ПД в технике, исследования в этом направлении остаются актуальными.
В последние два десятка лет в физике ПД на основании полученных экспериментальных результатов был сформулирован ряд положений, развитие которых обещает продвижение в понимании ПД. Экспериментально было показано (В.Е. Панин, В.В. Рыбин[83, 34], Э.В. Козлов [32, 35], Н.А. Конева [33, 34], А.Д. Коротаев[37], Л.Б. Зуев [26, 34] и др.), что ПД развивается на нескольких структурных уровнях. Процессы разных уровней имеют как общие черты, так и отличия. Процессы более крупных масштабных уровней не сводятся к простому сложению процессов менее крупных уровней. У более крупных уровней появляются новые мотивы и принципы развития. Если процессы атомного и дислокационного уровней можно считать изученным, то исследование процессов более крупных структурных уровней, масштаб которых близок к зерен-ному или его превосходит, далеко от завершения.
Общепризнанно, что пластические движения могут быть двух мод — трансляционной и ротационной. По наблюдениям большого числа исследователей (В.В. Рыбин, В.Е. Панин, В.А. Лихачев, В.И. Владимиров, А.Е. Романов) общей чертой, если не всех, то широкого интервала структурных уровней, включающего уровни дислокационных ансамблей, зеренные, мезо- и макроскопические, является ротационные движения. Эти движения заключаются в том, что части деформируемых тел, например, часть зерна, зерно или группа зерен, испытывают повороты относительно соседнего объема. К ротационной моде относятся и повороты как целого.
Первичными в ПД твердых тел считаются сдвиговые движения. Однако поворотные и, в том числе, повороты как целого являются важной составляющей ПД- По данным В.В. Рыбина поворотные движения преоб- ладают при больших степенях ПД и связаны с образованием и движением дисклинаций. В результате формируется фрагментированная структура зерен. Разориентации частей зерен и дисклинационные границы между ними по А.Д. Каратаеву с сотр. образуются за счет диффузионного перераспределения материала в местах с сильными неоднородностями полей напряжений. По В.Е. Панину с сотр. любые пластические движения представляют комбинации сдвигов и поворотов как целого. Причем повороты как целого способствуют зарождению несплошностей. Опыты Н.М. Алексеева с сотр. показали, что повороты как целого происходят на поверхностях трения и определяют формирование частиц износа. Повороты как целого наблюдаются в опытах по сдвигу под давлением тонких слоев металлов (В.В. Неверов с сотр.).
Однако, модели поворота как целого не разработаны. Это обстоятельство затрудняет трактовку результатов наблюдений, планирование экспериментальных исследований, порождает неясности в определении видов ротационных движений, и, в целом, сдерживает развитие физических представлений о ПД.
В диссертационной работе была поставлена цель построить модель пластического поворота структурного элемента как целого и оценить реальность этого движения в условиях, близких к тем, которые имеют место в технике.
По мере роста внешних нагрузок упругое состояние деформируемых тел нарушается за счет либо образования несплошностей, либо пластических движений. Методы введения и изучения трещин, сдвигов, дислокаций, дисклинаций и других дефектов известны. Эти методы содержат два этапа: процедуру образования дефекта, обычно с помощью образо- вания дислокаций Сомилианы, затем энергетический и силовой методы анализа ситуации. На оснований результатов этих анализов определяется реальность того или иного движения и условия, которые влияют на образование дефектов. Эти методы, возможно с изменениями, могут быть взяты за основу для изучения поворотов как целого.
Как возможность образования, так и свойства дефектов определяются создаваемым ими полем напряжений. Для расчета полей напряжений дефектов используется теория упругости.
Для достижений указанной цели в исследовании были поставлены следующие задачи; уточнить определение пластического движения "поворот как целое" , трансформировать процедуру образования дислокаций Сомилианы с тем, чтобы получить указанное пластическое движение; используя методы теории упругости, разработать способ вычисления поля напряжений, порождаемого поворотом как целого; — составить и проанализировать энергетический баланс движения; —вычислить механические моменты, приложенные к области поворота как целого; на основании результатов этих анализов определить возможность развития поворотов как целого; исследовать влияние на развитие поворотов как целого различных факторов, в том числе, вида однородного напряженного состояния упруго деформированного тела, и неоднородности упругого поля; исследовать пластические процессы в приповерхностных слоях, вызываемые неоднородностями силы трения, изучить возможность развития поворотов как целого.
На защиту выносятся:
Доказательство соответствия, с точностью до малых второго порядка, форм недеформированного эллиптического элемента (ядра), совершившего поворот как целое, и полости, образовавшейся после извлечения этого ядра, в однородной изотропной среде, испытавшей деформацию однородного сдвига.
Схема расчета поля напряжений, порождаемого поворотом эллиптического ядра как упругого целого, а так же энергетический баланс поворота как упругого целого и результаты анализа баланса. Метод и результаты расчетов механических моментов, вращающего и сдерживающего движение, которые действуют со стороны деформированной матрицы на ядро эллиптической формы.
Выводы о влиянии на повороты как целого различных факторов. Повороту как упругого целого способствуют: деформация сдвига, однородность деформации сдвига, отношение полуосей эллипса 0.4-0.8, расположение по границе ядра и матрицы структурных элементов, снижающих сопротивление сдвигу.
4. Приемы и результаты анализа нелинейного силового взаимодей ствие между неоднородностью распределения силы трения на поверхно сти контакта, а именно, участком, на котором напряжения трения повы шены, и пластическим сдвигом в приповерхностном слое, вызываемым полем напряжений этой неоднородности. Вывод о возможности установ ления между неоднородностью силы трения и пластическим сдвигом вза имных положительных обратных связей, приводящей к формированию в приконтактных слоях области повышенного давления и соответственно, повышенной массовой плотности. Область повышенного давления ведет себя как упрочненный элемент, удерживаемый от проскальзывания по контакту повышенной силой трения и потому склонный к совершению пластических поворотных движений.
Научная новизна.
Модель пластического поворота как упругого целого предложена впервые. Выводы и защищаемые положения работы имеют приоритетный характер.
Научный и практический выход работы.
Содержание диссертационной работы представляет вклад в теорию ПД, а так же в технические приложения, связанные с ПД. Развитые в работе теоретические представления расширяют и уточняют знания о процессах ПД.
Вклад автора.
Формулирование задач исследования, разработка методов, приемов, построение моделей, составление программ, проведение расчетов. Анализ результатов. Сравнение с данными экспериментов.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
IV международная школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", Барнаул, 1998; VI Международная научно-техническая конференция " Краевые задачи и математическое моделирование", Новокузнецк, 1999; V международная школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах", Барнаул, 2000. Межотраслевая научная конференция "Краевые задачи и математическое моделирование", Новокузнецк, 2000. VI международная школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах. Компьютерное моделирование", Барнаул, 2001. Международная конференция "Бернштейновские чтения". Москва. МИСИС. 2001. Всероссийская конференция "Дефекты структуры и прочность кристаллов", Черноголовка, 2002. V Всероссийская научная конференция "Краевые задачи и математическое моделирование", НФИКемГУ, Новокузнецк, 2002.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 116 наименований.
Активный поворот. Полосы переориентации. Схема сдвиг качением
Процесс развития представлений о пластической деформации твердых тел в историческом плане разделен на 3 этапа [14]. Феноменологический — весь XIX и до начала XX века, когда были получены основные закономерности макроскопической деформации и разрушения. Второй этап, названный этапом простейших физических моделей, продолжался до 60-х годов. В это время появляются и развиваются модели пластичности, как движение отдельных или небольших групп дислокаций и указывается на возможность поворотных движений в деформируемом кристалле. С конца 60-х годов начинается современный этап развития теории пластичности. Характеризуя его, авторы [14] отмечают следующие особенности. Достигнуто понимание процессов пластической деформации, как многостадийных, многомасштабных с взаимным влиянием процессов на разных масштабных уровнях [73, 77]. Получили развитие модели коллективного поведения дислокаций [11]. Была осознана роль поворотных движений в пластически деформируемом теле [7, 11,12,14, 15, 73, 77, 84], развиты дисклинационные модели ротационной деформации и разрушения [14, 27]
Еще недавно пластическая деформация воспринималась только как движение отдельных дислокаций, при котором слои металла смещаются друг относительно друга по плоскостям скольжения [5, 30, 41, 89, 93]. При выходе на поверхность кристалла дислокация оставляет атомную ступеньку, а несколько дислокаций, вышедших по одной плоскости — линию скольжения. Группа близко расположенных линий скольжения образует полосу скольжения. Изучение линий и полос скольжения долгое время было основой изучения пластической деформации монокристаллов [41, 93]. Исходная концентрация дислокаций, их ориентация и системы скольжения определяют пластические свойства кристалла, а изменение этих параметров — упрочнение или разупрочнение кристалла [30]. Изменение кристаллографической ориентировки кристалла относительно направления действующих напряжений приводит к изменению системы скольжения. Дислокации "новой"системы взаимодействуют со "старыми", что приводит к упрочнению кристалла.
При переносе представлений о пластической деформации монокристалла на механизм деформации поликристаллов необходимо учитывать различие в ориентации отдельных зерен и действие в различных зернах одновременно нескольких систем скольжения. Существуют различные схемы пластической деформации поликристаллов, в каждой из этих схем пластическая деформация представляется в виде совокупности пластических сдвигов. Приведем лишь две схемы отражающие крайние возможности для осуществления пластической деформации поликристалла.
По схеме Тейлора [108] тензор пластической деформации у каждого зерна одинаков и совпадает с тензором макродеформации. Для выполнения этих условий в каждом зерне в общем случае должны быть активными по меньшей мере пять систем скольжения. Из множества наборов по пять независимых систем скольжения выбирается тот, который обеспечивает минимум работы пластической деформации. В схеме Закса [109] предполагается, что зерна пластически деформируются, как независимые. Деформация в каждом зерне развивается за счет сдвигов по одной—двум системам легкого скольжения, в которых действуют макси мальные приведенные напряжения сдвига ( с максимальным фактором Шмидта по отношению к внешней нагрузке), как в изолированном монокристалле. По такой схеме пластической деформации для сохранения непрерывности агрегата зерен необходимы или корреляции между формоизменением соседних зерен, или приспособление деформации в приграничных зонах.
В работе [89] отмечается, что в эксперименте редко наблюдается скольжение более чем по трем системам скольжения, и предполагается, что, если возможны виды деформации отличные от однородного сдвига (повороты, неоднородные деформации), то требуется меньше пяти систем скольжения. Обобщение многих экспериментальных данных разных авторов дает основание для вывода, что предположение Тейлора о пяти системах скольжения "в большинстве случаев не выполняется. В результате возникают области, ограниченные замкнутой поверхностью и имеющие собственные поля напряжений, то есть структурные элементы деформации"[73]. То есть сдвиговые моды деформации разбивают объем на отдельные области, напряжения в которых не могут быть сняты дальнейшим развитием этих или других сдвигов. Отсюда с необходимостью возникают поворотные движения этих отдельных областей, а сами области дезориентируются, образуя фрагментированные структуры.
Результаты расчета энергетического баланса и компонент тензора напряжений
В работе [57] показано, что поглощение поверхностных оксидных пленок при трении обусловлено поворотом как целого элементов структуры в приповерхностном слое.
В работе [1] изложены результаты обобщения непосредственных наблюдений за движением вещества в пограничном слое, возникающем при трении твердых тел. Под пограничным слоем понимается слой в окрестности контакта, движение вещества в котором реализует макроскопический сдвиг сопряженных тел [31]. Пограничный слой является структурно неоднородной средой. Он состоит из матрицы, образованной материалами контактирующих тел, и пор, наличие которых обусловлено дискретностью контакта шероховатых поверхностей. Матрица, в свою очередь, содержит неоднородности в виде микротрещин, микропор, фрагментов, образованных той или иной степенью развития дислокационной структуры, и т.д.
В основе движения лежит пластическая деформация матричного материала. Эта деформация происходит как эволюция последовательно усложняющихся дислокационных конфигураций с последующим зарождением ротационных мод пластической деформации и образованием микротрещин [14] — стадия разрыхления . Для этой стадии характерны преобладание трансляционной моды массопереноса и на заключительных этапах локализация пластической деформации в виде полос сдвига.
С возникновением полос сдвига пограничный слой приобретает четкие границы. Давление внутри слоя неравномерно и попадая в зону меньших давлений, макроскопически сплошной материал внутри полосы распадается на отдельные фрагменты, которые при дальнейшем движении пробретают округлую форму. Таким образом полосы сдвига приобретают вид "разреза на катках". Разделяя поверхности, эти пластические катки, названные молями, обеспечивают относительный сдвиг в режиме качения — стадия ротации.
Движение молей в неоднородном поле сжимающих сил неравномерно, что приводит к их конгломерации, происходит пластическая деформация конгломерата, и в массопереносе вновь начинает преобладать трансляционная мода. В результате конгломерат намазывается на поверхность. Таким образом по [31] элементарным циклом массопереноса в пограничном слое является цикл: пластический сдвиг (разрыхление) — ротация — пластический сдвиг (намазывание), s Зоны чистого вращения перемежаются с зонами чисто пластического сдвига. В зонах сдвига образуются бегущие трещины I « L, которые распространившись от одного края структурного элемента к другому разрезают его на две части и смещают их относительно друг друга в направлении сдвигающей силы на конечную величину. Из анализа опытных фактов установлено, что относительный тангенциальный сдвиг поверхностей при трении скольжения происходит в основном в момент их разведения бегущей трещиной.
Экспериментальные результаты по сдвигу тонких слоев под давлением, полученные на установке Бриджмена, [52, 53, 54, 55, 56, 58, 59, 60, 61] показали, что при сдвиге внутри слоя возникают наряду с трансляционными и поворотные движения, причем наблюдаются повороты различных масштабных уровней: от поворотов, с размерами сравнимыми с толщиной образца 0.1мм до 0.01 мм. Эти повороты способствуют интенсивному перемешиванию материала (если исходный образец представляет собой смесь), насыщению разного рода дефектами, фрагментации, образованию новых фаз и т.д.
В [51, 57] по замуровыванию поверхностных пленок алюминия в установке Бриджмена, представлена эволюция движения материала в при-контактных слоях при трении или сдвиге с ростом сжимающего давления. При давлении меньшем предела текучести алюминия (0,02 ГПа) поворотные движения происходят по всей толщине образца, слегка касаясь границ раздела пуансон - образец. Если давление соизмеримо с пределом текучести , то поворотные движения происходят под поверхностью контакта, но выходят из нее, создавая поглощение поверхностных пленок. Модули упругости у пуансонов выше, чем у алюминия, а, следовательно сдвиги по плоскостям, выходящим на поверхность контакта, затруднены по мере увеличения внешнего давления. С ростом давления этот эффект все заметнее и повороты постоянно локализуются в средней по толщине части образца. При давлении выше 0,9 ГПа области, совершающие платсические повороты на поверхность контактов не выходят, и быстрое поглощение пленок прекращается.
В [106] исследовалось вращение зерен во время деформации растяжением поликристалла алюминия с использованием дифракции фокусированных жестких рентгеновских лучей. Экспериментально определенные вращения зерен не согласуются с классическими схемами Тейлора и Зак-са.
В [74] с помощью световой , растровой микроскопии и построением векторов смещения комплексом TOMSK проводили усталостные испытания образцов алюминия. При циклическом нагружении поликристалла алюминия при распространении усталостных трещин на поверхности, отмечена цикличность процесса в вершине трещины: продольный сдвиг - мезовихрь, и в зоне вихря возникают поворотные моды деформации.
Влияние вида напряженного состояния матрицы на соответствие форм
Под термином "поворот структурного элемента как целого "мы будем понимать поворот элемента материала (в дальнейшем — ядра), при котором не изменяются длины маркерных линий, нанесенных на этот элемент; все маркерные линии поворачиваются на один и тот же угол; ядро сохраняет свою форму, поворачиваясь как целое по отношению к матрице содержащей ядро (см.[63, 45, 64, 46, 66]).
Альтернативным "как целому "является "постепенный "поворот. При постепенном повороте область поворота увеличивается и обособляется от матрицы границей постепенно в ходе деформирования. От матрицы область поворота может быть отделена с одних сторон граничной поверхностью, с других — широким по сравнению с размером ядра переходным слоем. В этом слое кристаллографическая ориентировка матрицы постепенно переходит к ориентировке ядра. Постепенные повороты рассмотрены в [84], где показано, что они развиваются за счет убыли упругой энергии внутреннего поля напряжений, или, что то же, за счет убыли энергии дислокаций. Поэтому такие повороты являются релаксационными. Там же предложена дислокационно-дисклинационная схема строения границ области поворота.
Принимаем, что в отличие от постепенного поворота для поворота как целого движущая сила обусловлена снижением упругой энергии внешнего поля и (или) непосредственно работой внешних сил. Такой поворот не требует предварительной пластической деформации и не предполагает повышенного содержания дислокаций. Влияние этих факторов не является основным. Кроме того, на границах ядра с матрицей межатомные связи могут быть нарушены, поэтому представление о дислокациях и дисклинациях к этим границам неприменимо.
Для начала поворота элемента как целого необходимо какое-либо нарушение структурной однородности - "затравка", снижающая сопротивление сдвига и способствующая началу проскальзывания в локальной области. В качестве такой затравки могут служить например границы зерен, какие-либо включения и т.п. Размеры этих неоднородностей малы по сравнением с размерами поворачивающегося элемента. Чем больше в данном объеме таких микронеоднородностей, тем вероятнее возникновение здесь поворота элемента структуры как целого. Поля напряжений внешних усилий на малом участке после начала сдвига перераспределяется таким образом, что их величина на один-два порядка превышает величину напряжений локальных неоднородностей и в дальнейшем при развитии поворота можно пренебрегать полями микронеоднородностей и говорить об однородном напряженном (и структурном) состоянии материала в котором совершается поворот элемента этой структуры как целого [65].
Поворот как целое является дислокацией Сомилианы [87], так как может быть получен в результате процедуры образования этих дислокаций: 1)разрезание тела, 2) приложение к берегам разреза нагрузок и смещение берегов разреза, 3) удаление материала из областей наложения берегов и добавление материала в зазоры между берегами, 4) склеивание берегов, 5)удаление нагрузок и релаксация [97]. Особенность процедуры для поворота как целого состоит в том, что поверхность разреза замкнута; смещение вырезанной части (ядра) отвечает повороту; перед возвращением ядра в полость матрица испытывает однородную деформацию; материал не может ни добавляться, ни удаляться.
Принимаем указанную процедуру и рассмотрим требования к ней, вытекающие из условия сохранения сплошности. Для поворотов структурного элемента как целого это означает, что ядро после поворота должно без наложений и зазоров заполнять полость в деформированной матрице, которая образовалась при извлечении ядра из недеформированной матрицы. Ядро и матрица считаются упругими, так что совмещение их форм достигается, в том числе и за счет упругих деформаций. Докажем, что такое согласование возможно, если ядро имеет форму эллипса, а матрица испытывает упругую деформацию однородного сдвига.
Поместим начало координат в центр эллипса, а ось Оу направим вдоль большой полуоси (рис.6).
Ось поворота перпендикулярна плоскости модели и проходит через центр эллипса. Однородный упругий сдвиг создается напряжениями тху = т. Углы отсчитываются от оси Оу по ходу часовой стрелки. Поворот на угол d/З смещает точки границы эллипса на DC = Rd/З, где R — радиус вектор точек границы эллипса. Это смещение представим в виде комбинации двух движений: проскальзывания точки эллипса D по границе клетки на DB и совместного смещения точек границы эллипса и точек границы клетки вдоль оси Ох на ВС.
Решение первой основной задачи для бесконечной плоскости с разрезом
Экспериментальное выявление поворотов как целого встречает трудности. Постепенные повороты выявляются [84], [36] по переходным слоям, в которых меняется кристаллографическая ориентировка. Материал переходного слоя либо упруго искривлен, либо содержит дислокационный заряд. В исходных, как правило, отожженных образцах таких областей нет, и их появление объясняют пластическими поворотами. С развитием постепенного поворота в переходном слое формируется граница. Когда эта граница становится замкнутой, полученное состояние не отличается от того, которое формируется при повороте как целого. Таким образом, при наблюдении в пластически деформированном образце областей, ограниченных границей и разориентированных по отношению к матрице, следует решать вопрос, в результате какого поворота постепенного или как целого они образовались. Кроме того, ядро, образовавшееся в результате постепенного поворота, может в дальнейшем совершать поворот уже как целое.
В ряде случаев такое различие сделать можно. По [84], [36] области постепенных поворотов прилегают к границам зерен или к деформационным границам. Так в [84] установлено, что при фрагментации постепенные повороты начинаются у границ зерен, в первую очередь у тройных стыков, и распространяются вглубь зерен. Если же ядро располагается внутри монокристаллической области, то связи с существующими в образце границами зерен нет. Поэтому следует считать, что такие ядра образовались в результате поворота как целого.
В [84] описаны, так называемые, петлеобразные конфигурации дислокационных границ. Они наблюдаются в пластически деформированных материалах и выделены в отдельную группу дислокационных комбинаций (стр.23 [84]). Эти комбинации представляют собой замкнутые поверхности с повышенной плотностью дислокаций, ограничивающие области, расположенные внутри зерен. Области разориентированы по отношению к вмещающему их зерну на углы в несколько градусов. Изложенное дает основания считать области, ограниченные петлеобразными комбинациями дислокаций, ядрами, образовавшимися в результате поворота как целого.
Схема макросдвига крупных частей деформируемых образцов за счет качения этих частей по округлым элементам наблюдается в опытах при сдвиге под давлением [54] и, как предполагается в ([14] стр.168), реали зуется в полосах сдвига. Качение по элементам частично или полностью отделившимся от сдвигающихся тел и представляющих частицы износа описано в [56], [1].
Принимаем, что трансляция крупных частей происходит за счет качения по расположенным в полосе сдвига ядрам с Ь/а близким к единице. Если поворот начинается с отрицательного угла (3\, то большая ось эллипса, поворачиваясь к нулевому углу, сжимается. Поэтому в ядре и в матрице вдоль большой оси возникают напряжения сжатия. Сопротивление сдвигу на таких участках ядра повышается. Здесь матрица и ядра движутся совместно, без проскальзывания. Касательные напряжения внешнего сдвигового поля на этих участках играют роль активных сил, которые создают вращающий момент и поворот ядер—катков. На других участках границы ядра действует сопротивление сдвигу, создающее пассивный вращающий момент. Для оценок принято: D в (15) равно нулю; на верхнем и нижнем участках границы ядра, видимых из центра эллипса под углом 2 /Зі, проскальзывания нет; L = 8 а, [г] = 0, 25 т, т = 0, 04 д . Для Ь/а = 0,1 ; 0, 5 ; 0,9 получено / = 2, 3; 3, 05; 11, 5 и напряжения сжатия 0, 5 т; 1 г; 1,8 г соответственно.
Сжатие на ядрах создает растяжение в окрестности ядер. Растяжение препятствует образованию последующих ядер. Поэтому ядра—катки располагаются на некотором расстоянии друг от друга, что и наблюдалось в [54].
Следует отметить, что во всех экспериментах [84], [54], [36], где наблюдались повороты как целого, действуют высокие касательные напряжения.
При исследовании тектонических сдвигов в связи с проблемой земле трясений было установлено, что разрушение не всегда распространяется непрерывно вдоль поверхности одного разлома. Прямые наблюдения, полученные расчисткой разломов в открытых горных выработках, показали [82]: сдвиговое разрушение имеет перерывы в масштабе нескольких метров; участки сдвигового разрушения образуют уступообразную картину из коротких трещин, направление которых наклонено к плоскости общего разлома.
Проведенный анализ дает основания предполагать, что на месте перерывов сдвиговых разломов располагаются ядра, и здесь общее для всего разлома сдвиговое смещение обеспечивается поворотом ядер. Поворот ядер объясняет наклон коротких трещин, расположенных между ядрами.
