Студентам и школьникам книги по механике разрушения. Применение механики контактного разрушения (МКР) к проблемам газодинамического диспергирования

Другие книги схожей тематики:

См. также в других словарях:

Авиационная наука и техника В дореволюционной России был построен ряд самолётов оригинальной конструкции. Свои самолёты создали (1909 1914) Я. М. Гаккель, Д. П. Григорович, В. А. Слесарев и др. Был построен 4 моторный самолёт… …

Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… … Большая советская энциклопедия

Подвижные клеточные автоматы активно меняют своих соседей за счет разрыва существующих связей между автоматами и образования новых связей (моделирование контактного взаимодействи … Википедия

- {{}} Лев Александрович Галин Дата рождения: 15 (28) сентября 1912(1912 09 28) Место рождения: Богородск, Горьковской области Дата смерти: 16 декабря 1981 … Википедия

- (лат. Germania, от Германцы, нем. Deutschland, буквально страна немцев, от Deutsche немец и Land страна) государство в Европе (со столицей в г. Берлин), существовавшее до конца второй мировой войны 1939 45. I. Исторический очерк … Большая советская энциклопедия

Механика контактного разрушения, Морозов Е.м., Колесников Ю.в., 2012.

В настоящей книге изложены современные представления о механике разрушения контактирующих тел и рассмотрены методы ее практического использовании. Приводятся основные результаты решений контактной задачи теории упругости и пластичности, морфологии поверхностных трещин и условий их возникновения, закономерности распространения возникших трещин и разрушения исходном поверхности тела. Большое внимание уделено результатам соответствующих экспериментов и их согласованию с расчетом.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работником, занимающихся трибологией, вопросами механики разрушения и контактных взаимодействий, а также для аспирантов и студентов старших курсов, обучающихся по специальностям «Физика прочности», «Механика деформируемого твердого тела», «Динамика и прочность машин», «Трение и износ в машинах (триботехника)».

Применение основных идей механики разрушения к контактным задачам.
Если известно поле напряжений, создаваемое индентором, то можно приложить идеи общей механики разрушения для изучения процесса контактного разрушения. При этом существуют два вопроса: 1) В какой момент нагружения трещина возникает и начинает распространяться? 2) Какова траектория трещины и с какой скоростью опа растет?

Вопрос возникновения трещины наименее поддается количественному описанию с точки зрения механизма этого явления и основных свойств материала. Возникновение трещины начинается с зародышевой трещины - микротрещины, порядок величины которой измеряется долями микрометра. Микротрещины могут уже существовать заранее в нагружаемом материале, и их наличие обусловливается технологией, т. е. предварительной механической, термической и химической обработкой. Их величина, пространственная ориентация и плотность в материале могут быть описаны различными функциями распределения. В хрупких материалах этими параметрами можно управлять: травление приводит к уменьшению трещин, абразивная обработка - к увеличению. Трещины образуются также в процессе деформационного течения материала при внедрении индентора за счет остановки дислокаций на различного рода препятствиях. С континуальной точки зрения для описания возникновения трещины могут применяться классические теории прочности.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Механика контактного разрушения, Морозов Е.М., Колесников Ю.В., 2012 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.

Проект направлен на теоретическое исследование контактного разрушения сплошных сред расклинивающими телами. Во многих технологических задачах используется контактное разрушение материала с помощью движущихся тел. При этом в качестве самих разрушающих тел могут использоваться как жидкости (например при гидроразрыве нефтяных пластов, при создании геотермальных трещин с последующей прокачкой жидкости для обогрева помещений), так и твердые тела (подвижные проникающие части, используемые для обработки земли, разрушение льда при движении ледокольных судов). Характерной особенностью возникающих при этом механических задач является динамическое разрушение материала и наличие неизвестных границ области контакта, определение которых возможно только при решении полной задачи совместного движения разрушающей и разрушаемой сред. В проекте предлагается постановка и решение задач такого типа. Предполагается как аналитическое исследование, так и создание численных методов решения, адаптированных к задачам этого типа.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Контактное разрушение является неотъемлимой частью многих технологических процессов. В качестве разрушающего тела может выступать как твердый ударник (проникающий снаряд, резец), так и жидкость под давлением (гидроразрыв пласта). В отчетный период работа была сосредоточена на исследовании основных закономерностей, сопровождающих внедрение жестких проникающих тел в твердую среду, а также на явлениях, характерных для задач разрыва пористой среды жидкостью, которые сопровождаются образованием трещин гидроразрыва с одновременной фильтрацией части жидкости в грунт. Для задач движения жестких ударников исследовались влияние геометрии их носовой части на силу сопротивления внедрению, на характер движения среды, на распределение давления в точках контактной поверхности и на методы определения размеров самой поверхности контакта. Полученные результаты позволяют говорить о сильной зависимости всех перечисленных характеристик от знака выпуклости поверхности носовой части. Разрабатываемые методы аналитических и численных исследований в принципе позволяют достаточно детально исследовать влияние геометрии поверхности, трения и скорости движения в предлагаемых постановках задач проникания. Получен ряд результатов по численному решению динамического разрыва среды с накоплением повреждений давлением, следящим за движением трещины. Предложены и апробированы в расчетах критерии сдвигового разрушения и нормального разрыва. Задачи разрушения и фильтрации в пористой среде имеют ряд характерных особенностей, важных для приложений. Таковыми являются задачи, которые возникают при вытеснении из трещины гидроразрыва одной жидкости другой. Для них возможно проявление неустойчивости, которое приводит к локальному прорыву вытесняющей жидкости с полным нарушением технологического процесса. В исследовании процессов неустойчивости вытеснения получен ряд аналитических и численных результатов и проведено сравнение с результатами экспериментов. Исследовано влияние на процесс вытеснения различных включений и неоднородностей пористой среды. Одним из важнейших для приложений является вопрос о характере взаимодействия формирующейся трещины гидроразрыва с имеющимися геологическими нарушениями однородности пласта в виде разломов с пониженной прочностью материала. Поскольку пласт находится под действием внешнего поля напряжений, при таком взаимодействии возможен катастрофический относительный сдвиг берегов разлома. Была рассмотрена одна из возможных моделей взаимодействия трещины под давлением и разлома при наличии внешнего поля напряжений. Исследованы в рамках предложенной постановки возможные направления движения трещины после его слияния с разломом в зависимости от геометрических и физических параметров, а также величина областей раскрытия и сдвига берегов разлома. Часть результатов опубликовано (1 статья),а также является основой докладов (3 доклада) на конференциях, в том числе две из них международные.

Интенсивное изучение механики развития магистральных трещин привело к появлению специализированных направлений -- математической механики разрушения, вычислительной механики разрушения, экспериментальной механики разрушения, технической механики разрушения, каждое из которых занимается определенной областью теоретического и инженерного знания. На этом фоне по совокупности работ и методологий за последнее время начинает проступать новое направление, занимающееся изучением процесса разрушения поверхности твердого тела. Подобные разрушения связаны с контактными взаимодействиями, вдавливанием, износом и т.п. Естественно, что и в этом вопросе, так же как и в остальных вопросах механики разрушения, возможны физические подходы, изучающие структуру материала, и механические, континуальные. В данной книге процессы поверхностного разрушения рассматриваются с континуальной точки зрения, применительно к анализу напряженно-деформированного состояния тела с поверхностными трещинами методами механики сплошной среды вместе с соответствующими критериями роста трещины, экспериментами и практическими приложениями.

Достаточное число работ по этой проблеме, опубликованных в печати, и наличие нескольких обзорных статей позволили сформулировать новое название этого направления, вынесенное в заглавие книги, -- механика контактного разрушения. Монография подводит итог развития механики контактного разрушения как самостоятельного научного направления, в ней показана перспективность и необходимость дальнейших исследований.

Поскольку настоящая книга является первой в этой области, то авторы сознают неизбежность недостатков, указание на которые будут с благодарностью приняты.

Запросы современной техники, связанные с созданием конструкций, обладающих прочностной надежностью при малой материалоемкости, приводят к необходимости разработки оптимальных расчетов на прочность с учетом исходной дефектности материала. На базе уточнения физических и механических представлений о механизмах разрушения твердых тел был сформулирован в течение последних трех десятилетий раздел механики деформируемого твердого тела, получивший название механики разрушения . Большое значение этого раздела науки подчеркивается проведением значительного числа международных и национальных конгрессов и конференций, изданием отечественных и зарубежных специализированных журналов и монографий.

Создание механики разрушения позволило с совершенно новых позиций взглянуть на процессы контактного взаимодействия твердых тел. Известно, что при достижении определенной величины нагрузки или же при многократном ее приложении в зоне контакта двух соприкасающихся тел может происходить разрушение. Являясь сначала локальным, оно затем может развиваться катастрофически и привести к поломке образца или конкретной детали. Особенно часто это явление наблюдается у твердых и сверхтвердых материалов, обладающих значительной хрупкостью. В ряде случаев оно играет положительную роль, например, в различных технологических процессах обработки материалов (дробление, измельчение, резание). Однако в большинстве случаев (абразивное, эрозионное и другие виды изнашивания, контактное ударное нагружение) оно приводит к преждевременному нежелательному разрушению материала, что в свою очередь может явиться причиной поломки отдельной детали или же конструкции в целом. В настоящее время уже считается общепризнанным , что более 80% случаев выхода из строя машин, механизмов и устройств обусловлено процессами, происходящими в зоне контакта соприкасающихся твердых тел.

Сейчас в рамках механики разрушения возникло, по сути дела, отдельное обширное направление, обозначаемое по англо-американской терминологии как "Indentation Fracture". Дословный перевод этого термина как "механика разрушения вдавливанием" или "механика разрушения при внедрении (индентора)" вряд ли можно считать удачным. На наш взгляд, более подходит название "механика контактного разрушения" (далее МКР). Исследования в этом направлении связаны, так же как и в испытаниях на твердость, с изучением поведения поверхностных слоев материалов при вдавливании одного тела (индентора) в другое, с использованием достижений механики развития трещин. Испытания на твердость дают большую информацию о механических свойствах материалов, и в изучении этого явления достигнут значительный успех. Достаточно упомянуть, что уже имеется несколько обобщающих монографий по твердости и огромное число публикаций. Кроме того, в рамках механики деформируемого твердого тела существует целый раздел, посвященный контактным задачам упругости и упругопластичности . Решение этих задач явилось и является, в частности, теоретической базой совершенствования методов испытания на твердость и толкования получаемых результатов. Исследованиям же по механике контактного разрушения уделялось незаслуженно малое внимание, что, повидимому, объясняется сложностью процессов образования и роста поверхностных трещин и отсутствием в свое время соответствующих теоретических методов анализа. Однако изучение контактного разрушения имеет большое научное и практическое значение. Эксперименты по контактному разрушению можно рассматривать как пробы поверхности материала, в которых она сжимается контролируемым образом, пока сопротивляется разрушению, так же как в большинстве экспериментов по измерению твердости -- пластическому деформированию. С помощью этих экспериментов можно определять следующие важные характеристики ряда материалов и их состояний: а) вязкость разрушения поверхностных слоев; б) энергию поверхностного разрушения; в) скорость роста поверхностных трещин; г) плотность поверхностных дефектов; д) остаточные напряжения.

Кроме того, теоретический анализ явлений позволяет приступить к созданию теории абразивного и эрозионного изнашивания хрупких тел. В свою очередь развитие расчетных методов оценки поверхностной прочности является необходимой предпосылкой разработки более высокопрочных материалов.

Возникновение механики контактного разрушения неразрывно связано с историей контактной механики. Более ста лет назад, в 1881 г., Герц в своей классической работе , явившейся первой теоретически решенной задачей контактирования твердых тел, рассмотрел случай упругого контакта шара с шаром и с полупространством под действием нормальной силы. В последующей непосредственно за ней работе Герц указал на физическое значение твердости, анализируя упругий контакт твердых тел и качественно описал возникновение конических трещин, зарождающихся в стекле вокруг контактной площадки при некоторой критической нагрузке. Десять лет спустя в 1891 г. Ауэрбах расширил эти эксперименты и установил связь между радиусом сферического индентора и критической нагрузкой, вызывающей возникновение конических трещин в стекле. В 1919 г. Раман изучал фигуры контактного разрушения и фотографировал их в отраженном свете. Спустя семь лет он применил для этих целей интерференционный метод. Далладай и Твиман в 1921 г. изучали поля напряжений в поляризационном свете при вдавливании алмазного наконечника в стекло. Они же первые указали на существование пластического течения в этом обычно хрупком материале. В 1921--26 гг. Престон . Проводились также исследования по поверхностной трещиностойкости твердых сплавов . В послевоенное время С.В.Пинегин в Институте машиноведения АН СССР начал широкий цикл исследований по контактной прочности закаленных сталей и других твердых материалов . В 1956 г. Рослер опубликовал работы , в которых впервые была предпринята попытка количественного описания поверхностного разрушения стекла при вдавливании шара с использованием результатов Герца и Гриффитса. Одновременно теоретические работы этого направления были начаты в нашей стране Г.П.Черепановым и Г.И.Баренблаттом . Однако первая теория герцевского разрушения была разработана Фрэнком и Лоуном лишь в 1967 г. В 1975 г. Лоун и Уилшоу опубликовали фундаментальный обзор по механике контактного разрушения , в котором был сделан тщательный анализ всех проведенных исследований и определены перспективные проблемы. С появлением этой публикации можно, по-видимому, рассматривать становление механики контактного разрушения как самостоятельного научного проявления.

Хронологический анализ библиографии, относящийся к работам, в которых непосредственно изучались поверхностные трещины при внедрении, показывает следующее. В первые 73 года от статьи Герца (1882 г.) до работы Рослера (1956 г.) выходила одна статья за 7--8 лет. С 1956 г. по 1967 г. печатается уже 2--3 статьи ежегодно. С публикацией работы Фрэнка и Лоуна наблюдается возросший интерес к тематике и с 1967 г. по 1975 г. печатается уже от 8 до 10 статей в год. Начиная с 1976 г. после обзорной работы Лоуна и Уилшоу ежегодно появляется более двух десятков публикаций в мировой научной литературе и интерес к тематике не ослабевает. Значителен вклад в этом направлении и советских ученых. Характерно, что во все возрастающем объеме исследований доля работ японских и особенно советских ученых непрерывно увеличивается.

В заключение отметим, что при контактном взаимодействии твердых тел характерна геометрическая локализация (в области под контактом) всех видов деформации и разрушения, а именно: упругой и пластической, зарождения и распространения трещин. И если обычно механика разрушения занимается развитыми трещинами, то здесь нельзя обходить вниманием вопросы зарождения трещин. Кроме того, создаваемые под индентором большие сжимающие гидростатические давления приводят для хрупких в обычных условиях нагружения материалов к появлению пластически деформируемых объемов, причем не у вершины трещины, а наоборот, у ее начала, так как трещина растет в растянутых зонах, где пластическое деформирование затруднено в силу положительного среднего напряжения. Это предопределяет возможность использования аппарата линейной механики разрушения для изучения завершающих стадий процесса контактного разрушения. Наконец, в этом процессе не на последнем месте находится вопрос о пути (траектории) трещины, поскольку напряженное состояние существенно неоднородно, а траектория трещины определяет размеры фрагментов материала при отколе. Таким образом, все разделы механики сплошной среды, механики материалов и механики разрушения взаимосвязно отражены в задачах контактного взаимодействия.

of the book "Contact fracture mechanics"

Annotation

The modern view of fracture mechanics of contacting bodies and the methods of its application are presented in this book. It deals with the contact problems of the elasticity theory and the theory of plasticity, the morphology of surface cracks and the conditions of their initiation, the properties of crack propagation and of original surface fracture. Particular emphasis is placed upon experimental results and their agreement with the calculations.

Process of the surface fracture is discussed in terms of continuum. The analysis of stress-strain state of body with surface cracks is carried out by means of continuum mechanics and appropriate criteria of crack growth considering the experimental results and practical application.

Prior to this edition the problem was treated only in periodicals. The sufficient number of publications (about 600) and some review articles allow to propose a new name for the foregoing field of knowledge-contact fracture mechanics (the same is the title of the book). The monograph is the first one in the branch. The development of mechanics of contact fracture as an original area permitted to write it and to show the perspective and the necessity of further reseach.

Recommendation (extracts from the reviews)

V.M.Alexandrov, professor, Dr.Sci.: "At the present time there are not a few books on theory and practice of contact interactions. But as a rule the question of contact interactions is limited by study of contact efforts, by determination of contact hardness and contact size. The problem of stress distribution in contacting bodies in case of the elastic and elastic-plastic contact in the presence of developing crack near the contact area was not enough discussed in the monographic literature. This book is original by its subject and touches upon the actual problems of contact deformation".

"...the considered questions are very important. They were not discussed anywhere in full. The necessity of book about contact fracture mechanics is obvious".

L.I.Slepian, professor (Leningrad University), Dr.Sci.: "The book contains the analytical review of phenomena related to the contact fractune; theoretical problems of description and prediction of these phenomena and available results are valid for practical calculations and further development of theory. Some discussed problems can"t be solved yet. The book seems to be interesting for engineers and scientists concerned with fracture mechanics. It"s no doubt that the book will be in great demand."

Кандидат технических наук, доцент кафедры физики Брянского института транспортного машиностроения (БИТМ). Специалист в области механики и физики контактного взаимодействия при единичном и многократном динамическом нагружении и оценке влияния на эти процессы различных видов упрочнения и легирования поверхностных слоев. Соавтор монографии "Контактирование твердых тел при статических и динамических нагрузках".

Евгений Михайлович МОРОЗОВ

Доктор технических наук, профессор кафедры физики прочности Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ". Известный ученый в области механики разрушения и прочности твердых тел, один из инициаторов развития механики разрушения в нашей стране. Лауреат премии Совета Министров СССР. Заслуженный деятель науки РФ. Включен в ряд англо- и русскоязычных изданий книг "Кто есть кто". Автор ряда монографий и учебных пособий по механике разрушения, в число которых входят: "Механика контактного разрушения" (в соавт. с Ю. В. Колесниковым; 4-е изд. URSS, 2012), "ANSYS в руках инженера" (в соавт. с А. Б. Каплуном и М. А. Олферьевой; 3-е изд. URSS, 2009), "Метод конечных элементов в механике разрушения" (в соавт. с Г. П. Никишковым; 3-е изд. URSS, 2010) и другие.