Быстрое разрушение хрупких сред




Скачать 274.7 Kb.
НазваниеБыстрое разрушение хрупких сред
страница1/3
Дата10.10.2012
Размер274.7 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3


САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


На правах рукописи


Уткин Александр Анатольевич


Быстрое разрушение хрупких сред



Специальность 01.02.04 — механика деформируемого твердого тела


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук


Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена на кафедре теории упругости математико-механического факультета Санкт-Петербургского государственного университета


Научный консультант – член-корреспондент РАН

докт. физ.-мат. наук Ю.В. Петров


Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор Даль Юрий Михайлович

доктор физико-математических наук,

профессор Коузов Даниил Петрович

доктор технических наук,

профессор Морозов Евгений Михайлович


Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет


Защита состоится ___________________ 2007 г. в ___ч. ____мин. на заседании диссертационного совета Д.212.232.30 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкт-Петербургском государственном университете в ауд. 3536 по адресу:

198504, Санкт-Петербург, Петродворец, Университетский пр., дом 28.


С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: Санкт-Петербург, Университетская набережная, дом 7/9.


Автореферат разослан “_____,, ______________ 2007 г.


Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук Зегжда С.А.

Общая характеристика работы


Актуальность проблемы. Потребности современной техники предъявляют к прочности материалов повышенные требования. Выявление закономерностей разрушения и создание эффективных методов оценки прочности материалов и конструкций становится не только технической, но и крупной экономической проблемой. По оценкам Бюро Стандартов США прямые потери от разрушения только в Соединённых Штатах ежегодно составляют сотни млрд. долларов. С другой стороны, всё большее развитие получают чрезвычайно энергоёмкие технологические процессы, связанные с целенаправленным разрушением материалов. Это заставляет искать пути применения закономерностей разрушения для создания наиболее экономичных режимов в таких процессах.

Механика разрушения как наука сформировалась за последние десятилетия. Удалось сформулировать её основные положения, корректно поставить математические задачи и разработать аппарат их решения. Имеется значительное продвижение в изучении закономерностей разрушения во многих принципиально различных ситуациях. Вместе с тем остаются многие важные вопросы, требующие своего разрешения. Один из наиболее проблемных разделов науки о разрушении связан с динамическим разрушением материалов. Большой вклад в становление и развитие динамической механики разрушения внесли Г.И. Канель, Б.В. Костров, Н.Ф. Морозов, В.С. Никифоровский, Л.В. Никитин, В.3. Партон, Ю.В. Петров, Л.И. Слепян, Г.П. Черепанов, Е.И. Шемякин, J.D. Achenbach, K.B. Broberg, J.W. Dally, H. Gao, J. Fineberg, L.B. Freund, A.W. Maue, A.S. Kobayashi, J.F. Kalthoff, W.G. Knauss, K. Ravi Chandar, A. J. Rosakis, G.C. Sih, D.A. Shockey, A. Shukla и другие российские и зарубежные ученые.

Область механики динамического разрушения зародилась для хрупких материалов. До 70-х годов прошлого столетия предполагалось, что свойства материалов остаются линейно упругими вплоть до разрушения, а критические характеристики не зависят от истории нагружения. В качестве критерия разрушения предлагалось использовать подходы, принятые в статике. Напряженно-деформированное состояние в динамике зависит от времени, следовательно, максимальное значение соответствующей величины не должно превышать критического значения. Так, при разрушении материала с трещиной величина коэффициента интенсивности напряжений не может быть больше критической. В задачи динамической механики разрушения входило изучение истории коэффициента интенсивности напряжений в зависимости от параметров нагружения. При этом рассматривались как стационарные, так и распространяющиеся трещины, подвергающиеся статическому или волновому нагружению. В частности было определено значение динамического коэффициента интенсивности напряжений для движущейся трещины в зависимости от ее мгновенной скорости. Задачи решались как аналитически так и численно.

Прогресс в создании и совершенствовании средств экспериментальной и вычислительной техники начиная с 70-х годов прошлого столетия позволил проводить нагружение испытуемых материалов длительностью в десятки микросекунд с хорошо контролируемой нагрузкой и достаточно достоверной регистрацией напряженно-деформированного состояния. Это дало возможность проводить серии испытаний, что вызвало быстрый рост числа экспериментальных и теоретических исследований.

Результаты экспериментальных исследований не всегда могут быть описаны с помощью имеющихся математических моделей. Возникающие противоречия приводят к появлению новых, зачастую более сложных теоретических построений.

Наличие большого числа способов описания динамического разрушения материалов с трещинами указывает на отсутствие устоявшегося, устраивающего всех исследователей и объясняющего большинство экспериментальных наблюдений подхода.

Обсуждая состояние дел в обзорах по динамическому разрушению B. N.Cox, H. Gao и др. (2005 г.) и A. J. Rosakis и G. Ravichandran (2000 г.) отмечают в качестве проблем, нуждающихся в разработке, инициирование разрушения тел с трещиной и исследование явления откола.

Весьма актуальной становится проблема создания достаточно простой модели динамического разрушения, в рамках которой можно было бы теоретически исследовать широкий круг задач и объяснять результаты экспериментов.

Цель диссертационной работы состоит в теоретическом исследовании задач инициирования разрушения хрупких сред резко выраженными динамическими импульсами нагрузки. В работе предлагается развитие и обобщение положений линейной механики разрушения на описание процессов инициирования разрушения упругих сред динамической нагрузкой

Метод исследования. В работе предложен критерий инкубационного времени, на основании которого проводится анализ эффектов быстрого разрыва материалов.

Научная новизна. В диссертации получены следующие новые результаты.

  • Новый структурно - временной подход к анализу быстрого динамического разрушения хрупких сред. Применение структурно - временного критерия позволяет с единой точки зрения рассматривать динамическое разрушение как сред, имеющих специально устроенные макродефекты типа трещин, так и не имеющих таковых.

  • В рамках предложенного подхода проведено исследование ряда эффектов откольного разрушения твёрдых тел, таких как явление динамической ветви и задержка разрушения. Показана возможность описания зон разрушения. Найдена связь между временем и местом разрушения.

  • Получено объяснение эффектов при кавитации в жидкости, структурном превращении фуллерена. Применение критерия инкубационного времени позволило получить рекомендации по оптимизации разрушения шара.

  • Проведено исследование асимтотического поведения решения динамической задачи о полубесконечной трещине на продолжении разреза.

  • Показано, что в рамках предложенного подхода зависимость коэффициента интенсивности инициирования от времени до разрушения не является функцией материала и может быть легко вычислена, если имеется структурный динамический параметр разрушения и история коэффициента интенсивности напряжений.

  • Проведено сравнение расчетов с экспериментальными результатами динамического инициирования роста трещин в упруго - хрупкой среде. Показано, что предложенный подход качественно объясняет и описывает известные экспериментальные эффекты.

Практическая ценность Результаты, полученные в работе имеют непосредственное отношение к проблеме разрушения материала в условиях ударного нагружения и могут быть использованы для определения критических характеристик динамической прочности и условий эффективного разрушения материалов.

Апробация работы. Полученные в работе результаты были представлены автором на следующих конференциях [1,2,7,8,14,20,23,26,27]. Кроме того, на международных конференциях EUROMECH (1992, 1994 гг.), Advanced Problems in Mechanics (APM) (2002, 2003, 2005 гг.), Харитоновские тематические научные чтения (2001, 2005 гг.), Int. Aristotle conference (1990 г.), Int. Symposium on Strength and Fracture (1994 г.) и др. На всероссийских конференциях «Актуальные проблемы прочности» (1991, 1999, 2005 гг.), Поляховские чтения (2000, 2003 гг.), «Дефекты структуры и прочность кристаллов» (2002 г.), Всерос. симп. по механике деформ. твердого тела (1994 г.). Неоднократно результаты докладывались на семинарах кафедры теории упругости Санкт-Петербургского университета и центра «Динамика».

Публикации. По теме работы имеется 28 публикаций, в том числе два учебных пособия и 10 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК. В совместных работах [1-13, 15-18, 22] соавторами была проведена постановка задач и обсуждение полученных результатов. В [14] С.В. Смирнова и Г.Д. Федоровский провели измерения, а Ю.В. Петрову принадлежит постановка задачи и анализ результатов. В работе [19] соавтор осуществлял проведение эксперимента. Опытные данные в [20] получили А.Н. Березкин и С.И. Кривошеев, а Ю.В. Петрову принадлежит постановка задачи и общее руководство. В работах [21, 22] экспериментальные данные получены А.С. Бесовым и В.К. Кедринским. В [21] совместно с А.А. Груздковым автор участвовал в разработке динамического критерия кавитации. В [22] Н.Ф. Морозову и Ю.В. Петрову принадлежит постановка задачи. В работах [25, 27] С.И. Кривошеевым были проведены динамические испытания, а Г.Д. Федоровским – статические; фрактографический анализ осуществляла С.А. Атрошенко; Ю.В. Петрову принадлежит постановка задач и общее руководство.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 216 наименований. Число иллюстраций равно 68. Общий объем работы 228 страниц.

Поддержка. Работа выполнялась при частичной поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований и программ ОЭММПУ РАН в научно-исследовательском центре «Динамика» (СПбГУ-ИПМаш РАН).
  1   2   3

Похожие:

Быстрое разрушение хрупких сред iconМалое предпринимательство является важнейшей сферой современной рыночной экономики. Ее развитие означает быстрое создание новых рабочих мест, оживление на
Ее развитие означает быстрое создание новых рабочих мест, оживление на товарных рынках, появление самостоятельных источников дохода...
Быстрое разрушение хрупких сред iconЛекция типы холодных природных сред
Завершим обзор современных типов перигляциальных сред характеристикой холодных пределов лесов
Быстрое разрушение хрупких сред iconЗимняя школа по механике сплошных сред ( пятнадцатая ) программ а
Зимняя школа по механике сплошных сред проводится Уральским отделением Российской академии наук, Национальным комитетом по теоретической...
Быстрое разрушение хрупких сред iconВизуализация процесса распространиения трещин в хрупких анизотропных материалах при компьютерном моделировании

Быстрое разрушение хрупких сред iconМетодика оценки напряженного состояния краевой части рудного массива при отработке глубоких рудников талнаха «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»
«Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»
Быстрое разрушение хрупких сред iconУравнения математической физики и численные методы
...
Быстрое разрушение хрупких сред iconСодержание программы по разделу дискретная математика Преамбула
Тьюринга и др., а также некоторые виды вычислительных сред (например, однородные структуры) и т п. К числу таких структур могут быть...
Быстрое разрушение хрупких сред iconПрограмма вступительного экзамена в магистратуру для направления 210400 «Телекоммуникации»
Основные законы электродинамики. Сторонние источники электромагнитного поля. Полная система уравнений Максвелла (дифференциальная,...
Быстрое разрушение хрупких сред iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении скважин»
К выполнению курсовой работы по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении скважин» для студентов специальности 090800
Быстрое разрушение хрупких сред iconМоделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией
В докладе представлены результаты численного исследования современными методами (rans, dns, les) несжимаемых течений: (а) с поверхностью...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница