Экспериментальное изучение образования диссипативных структур и возникновения динамической стохастичности при циклическом нагружении металлов 

Е.В. Михайлов, С.В. Уваров (Пермь)

Изучение явления локализации пластической деформации, в том числе и индуцированной фазовым переходом, имеет важное прикладное и фундаментальное значение. Во многих случаях переход к пластичности и разрушению сопровождается появлением диссипативных структур. Например, зон локализованного разрушения (зеркальных зон) при отколе и распространении трещин [1,2] фронтов фазового перехода [3].

Образцы из стали 35CD4 закалённые, а затем отожжённые при температуре 550 °С в течение 1 часа, были подвергнуты полностью симметричному циклическому изгибу при частоте 56 Гц. Предел усталости для этого материала 530±30 МПа. Испытания проводились при 660 МПа. Время жизни составляло в среднем 5х104 циклов. Температура поверхности измерялась при помощи инфракрасной камеры производства CEDIP, имеющей следующие параметры: частота кадров до 500 Гц, разрешение 320х240, точность измерения температуры 0,1 °С. В ходе экспериментов было обнаружено, что зарождению усталостных трещин предшествует локализация выделения тепла в области зарождения и возникновение пространственной корреляции температуры с возникновением динамического хаоса. При исследовании поверхности при помощи NewView было обнаружено следующее: усталостное повреждение металла первоначально проявляется в виде полос локализованного сдвига. Причём эти полосы обнаружены при амплитудах напряжения 80% от предела усталости. В областях, где произошло зарождение трещины, концентрация этих полос выше, и они образуют структуры более крупного масштаба. Это позволяет сделать вывод о том, что усталостное разрушение происходит при достижении определённой концентрации полос, при которой становится значимым их взаимное влияние, что приводит к появлению коллективных мод и возникновению диссипативных структур в виде очагов с взрывообразной кинетикой зарождения полос локализованной деформации, а затем и возникновению трещины.

 

1. Наймарк О.Б., Баранников В.А., Давыдова М.М., Плехов О.А., Уваров С.В. Динамическая стохастичность и скейлинг при распространении трещины // Письма в журнал технической физики, 2000. т. 26. № 6. C. 67-77.

2. Marder M., & Gross S. Origin of crack tip instabilities // J. Mech. Phys. Solids, 1995. №43. P 1- 48.

3. J.A.Shaw, S.Kyriakides. On the nucleation and propagation of phase transformation fronts in a NiTi alloy.// Acta Mater. 1997. V.45. P. 683-700