Элементы физики прочности металлов

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Динамика, прочность машин и сопротивление материалов»
Дисциплина «Основы физики прочности и механики разрушения»
Тема 1. Элементы физики прочности
металлов
Лекция 1. Теоретическая прочность в
сравнении с реальной. Дислокации и
дисклинации
д.т.н., профессор
Полилов А.Н.
Москва, 2020

2.

План лекции №1:
1.1. Теоретическая прочность.
1.2. Кристаллические структуры
сплавов.
1.3. Дислокации.

3.

1. Теоретическая прочность
Теоретическая прочность на
растяжение
x
sin
/
2
t
Аппроксимация силы
межатомного взаимодействия

4.

Теоретическая прочность кристаллов
на сдвиг
Оценка теоретической
сдвиговой прочности или
критических касательных
напряжений при возникновении
равномерного сдвига:
Сдвиговые напряжения как
функция перемещения атомов
2 x
b
0
t
t
G
2
G
5 10

5.

Оценка теоретической прочности и
сравнение с реальной прочностью
Модели разделения и сдвига атомных слоев
Теоретическая прочность – это прочность идеального
материала без трещин и дефектов, полученная расчетным
путем.
Впервые теоретический расчет был выполнен Я. Френкелем. В
основу была положена простая модель двух рядов атомов,
которые смещаются относительно друг друга под действием
касательного напряжения. При этом предполагалось, что атомы
верхнего ряда перемещаются относительно нижнего как одно
целое, одновременно.
Модель сдвига
атомных слоев
Я. Френкеля

6.

Атомные слои при разрыве:
А) целая кристаллическая решетка;
Б) приложение нагрузки и разрыв первой,
самой нагруженной связи;
В) разрушение остальных связей атомных
слоев

7.

а)
б)
в)
г)
Модель смещения атомных слоев при поперечном
сдвиге:
а) целая кристаллическая решетка;
б) приложение нагрузки, сдвиг кристаллической
решетки;
в) разрушение старых межатомных связей и создание
новых;
г) снятие нагрузки

8.

Продольный сдвиг
межатомных связей
Прочность твердого тела
обусловлена наличием сил
взаимодействия между
структурными частицами
при сближении их на
достаточно малые
расстояния. Такими
частицами могут быть
атомы, ионы или молекулы.
Прочность твердого тела
обеспечивается силами
притяжения и отталкивания
между частицами.

9.

1.2. Кристаллические структуры
сплавов
Схема расположения условных
частиц в кристалле
Решетки Браве делятся на 4 типа:
1) примитивный – узлы
расположены только в вершинах
параллелепипеда,
2) базоцентрированный – имеется
еще по одному узлу на двух
противоположных гранях (знак
+ на рис.),
3) объемоцентрированный - к
примитивному добавлен узел в
центре ячейки,
4) гранецентрированный – в
центре каждой грани есть по
одному дополнительному узлу
(знаки * на рис.).

10.

1.3. Дислокации и дисклинации.
Понятие вектора Бюргерса
Схемы структур совершенной – а и
дефектной – б кристаллической
решетки

11.

Винтовая дислокация
Gb / 2 r
Иллюстрации введения
винтовой – а и краевой – б
дислокаций
Винтовая дислокация
характеризуется тем, что её
линия – прямая, а вектор
Бюргерса направлен вдоль
линии дислокации. В
физической литературе термин
«дислокация» применяется к
дислокациям Бюргерса,
характеризуемым
соответствующим вектором с
линейным размером.
Дислокации, связанные с
поворотом краев разреза,
называют дисклинациями.

12.

Краевая дислокация
xx Dy (3x 2 y 2 ) / r 4 ;
yy Dy ( x 2 y 2 ) / r 4 ;
xy Dx( x 2 y 2 ) / r 4 ;
r x y ; D Gb / [2 (1 )]
2
2
2

13.

Заключение
Предлагаем студентам просмотреть
дополнительные материалы, размещенные в
LMS Политеха (https://lms.mospolytech.ru)

14.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!