Исследование повреждаемости металлов термодинамическим способом

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения точности прогнозирования процесса накопления и развития повреждаемости при циклических нагрузках. Цель работы: устранение некоторых противоречий известных энергетических методов исследования повреждаемости на основе разработанного термодинамического подхода, который позволил существенно повысить точность прогнозирования усталостного процесса. Рассмотрена термодинамика макроупругого деформирования и предложен новый критерий накопления и развития повреждаемости - приращение удельной энтропии за цикл колебаний, которое разложено на функциональные части. Как известно, энтропия - это такой параметр, который в механике сплошной среды наиболее полным образом учитывает все необратимые процессы, происходящие в исследуемом объекте, т. е. диссипацию энергии. Важным является также то обстоятельство, что поскольку энтропия является функцией состояния, то ее изменение при переходе объекта в новое состояние (в отличие, скажем, от изменения энергии) характеризует диссипативные процессы независимо от того, каким конкретным образом этот переход совершился, т. е. этот параметр объективно и однозначно отражает необратимость процесса, в том числе и процесса накопления и развития повреждаемости. Следует также заметить, что физический смысл имеет не сама энтропия, поскольку она определяется с точностью до произвольной постоянной, а разность энтропий при переходе тела из состояния 1 в состояние 2. Результаты. Такой подход позволил учесть на феноменологическом уровне буквально все, что происходит в очаге повреждаемости, разрешить противоречия традиционных энергетических методов и разработать практические способы прогнозирования основных характеристик циклической прочности деталей машин, повысившие точность прогнозирования и упростившие его технологию.

The relevance of the discussed issue is caused by the need to increase the accuracy of predicting accumulation and development of damage under cycling load. The main aim of the study is to resolve some contradictions of traditional energy-sensitive methods of studying damage on the basis of the developed thermodynamic approach which essentially increases the accuracy of predicting the fatigue process. The author has considered macroelastic deformation thermodynamics and proposed a new criterion of accumulation and development of damage. This criterion is divided into functional parts increment of specific entropy for one cycle of oscillation. Entropy is such parameter, which takes into accounts all nonreversed changes in testing object best of all. It is important as well, that as entropy is the state function, its change at object state transition characterizes all dissipative processes without regard for including accumulation and development of damage, independently of the detailed changes in the object. It should be noted as well that not the entropy itself has physical sense, but entropy difference at object transfer from state 1 to state 2. The results. Such approach allowed taking into account on formal level almost everything that happens in a damage domain, solving contradictions of traditional energy-sensitive methods and elaborating the practical methods to predict the main characteristics of cyclic durability of machine details. These characteristics improved the accuracy in prediction and simplified its technology.