Статистичне представлення межового тертя та фрагментації металів

Abstract

Метою дослiджень, проведених у дисертацiї, є дослiдження фено-менологiчних моделей, що описують процеси межового тертя та iн-тенсивної пластичної деформацiї (IПД) i базуються на системах са-моузгоджених диференцiальних рiвнянь. 19 Межове тертя дослiджено в рамках реологiчної моделi, що враховує термодинамiчне i зсувне плавлення. Проведено опис цих про-цесiв, що вiдбуваються у результатi самоорганiзацiї полiв зсувних напружень i деформацiї, а також температури плiвки мастила. Враховано рiзнi температурнi залежностi в’язкостi, адитивнi некорельованi флуктуацiї основних параметрiв системи, корельованi флуктуацiї температури. Дослiджено вплив деформацiйного дефекту модуля зсуву мастила на плавлення. Процес IПД вивчається на основi моделi, що базується на теорiї фазових переходiв Ландау. У результатi дослiджень показано, що врахування деформацiйно-го дефекту модуля зсуву мастила приводить до гiстерезисної поведiн-ки при плавленнi. Знайдено параметри, при яких реалiзується перiо-дичний переривчастий режим тертя. При врахуваннi шуму побудовано фазовi дiаграми з рiзними режимами тертя. Описано самоподiбний режим. За допомогою часових залежностей напружень простежено змiни режимiв тертя. Дослiджено фрагментацiю металiв у процесi IПД та побудовано фазову дiаграму з рiзними режимами фрагментацiї. Встановлено, що iз зростанням пружних деформацiй розмiр зерен у сформованих за допомогою IПД зразках зменшується. Показано принципову мож-ливiсть формування квазiфрактальних зеренних структур. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3260

В диссертационной работе исследовано плавление ультратонкой пленки смазки в процессе трения между атомарно-гладкими поверхностями. Проанализированы температурные зависимости вязкости, описываемые соотношением Фогеля-Фулчера и степенным выражением. Вобоих случаях найдена температура плавления смазки. Определены значения параметров смазки, необходимые для уменьшения трения. Исследовано влияние деформационного дефекта модуля сдвига на характер плавления. При этом может реализоваться как скачкообразное плавление, когда внутреннее сдвиговое напряжение превышает определенное критическое значение, так и непрерывное плавление. Существуют три режима поведения смазки. Первый отвечает нулевым сдвиговым напряжению и деформации, второй — гуковскому участку диаграммы нагружения и третий — участку пластического течения. Первые два режима соответствуют твердоподобной структуре смазки, третий интерпретируется как жидкоподобное ее состояние, приводящее к скольжению. Скачкообразное плавление характеризуется гистерезисом зави-симостей стационарного напряжения от деформации и температуры поверхностей трения. Найдены параметры системы, при которых реализуется гистерезисное поведение. Показано, что при переходе между гуковским и пластическим участками в определенном интервале температур напряжения сохраняются. Построены фазовые портреты системы, позволяющие проследить эволюцию напряжений и деформации. Введены аддитивные некоррелированные шумы основных параметров системы, и построена динамическая фазовая диаграмма с областями жидкостного, прерывистого и сухого трения. При численном анализе уравнения Ланжевена получены временные траектории сдвиговых напряжений, и показаны переходы между режимами трения, которые приводят к прерывистому (stick -slip) движению. Рассмотрено плавление смазки за счет диссипативного разогрева, когда в процессе трения температура поверхностей растет по экспоненциальному закону. Объяснены эксперименты, в которых происходит плавление смазки с течением времени без подвода дополнительного тепла извне. Рассмотрен случай, в котором эволюция системы протекает самоподобным образом, в связи с чем ее функция распределения имеет степенную асимптотику. Получены соответствующие временны´ е зависимости напряжений при различных масштабах. Определены условия реализации периодического прерывистого режима трения. Исследовано влияние коррелированных флуктуаций температуры, которые описываются процессом Орнштейна-Уленбека. Рассмотрено поведение наиболее вероятного значения сдвиговых напряжений, и построены фазовые диаграммы. Установлено, что возможно прерывистое движение, характеризуемое спонтанными переходами между тремя стационарными значениями сдвиговых напряжений, при которых реализуется сухое, метастабильное и устойчивое жидкостное трение. В рамках дробной системы Лоренца исследовано самоподобное поведение. Показано, что в этом случае твердоподобному состоянию смазки отвечает максимум функции распределения при значениях напряжений, близких к нулю. Также исследована фрагментация твердых тел в процессе интенсивной пластической деформации. Для описания образующихся дефектных структур введены плотность энергии границ зерен и плотность суммарной поверхности границ зерен, что позволяет учесть два канала диссипации энергии (тепловой и производства дефектов). Построена фазовая диаграмма с областями реализации различных типов предельных структур. На фазовой диаграмме выделено четыре области — две с существованием двух предельных структур и две — с существованием одной. При нулевой плотности энергии границ зерен формируются крупные монокристаллические зерна, при ненулевом ее значении — более мелкие зерна. Для всех областей в рамках адиабатического приближения построены релаксационные зависимости для плотности энергии границ зерен. Учет влияния аддитивных некоррелированных шумов не вносит качественных изменений в поведении системы — на фазовой диаграмме реализуются аналогичные области. Установлена принципиальная возможность формирования квазифрактальных зеренных структур. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3260

Thesis for a degree of Doctor of Philosophy (PhD) in physical and mathematical sciences by speciality 01.04.02 – theoretical physics, Institute of Applied Physics, Sumy, 2008. The purpose of the dissertation is the study of phenomenological models which describe the processes of boundary friction and severe plastic deformation (SPD) based on the systems of self-consistent differential equations. Boundary friction is investigated within the framework of the rheological model which takes into account thermodynamic and shear melting. Description of these processes, occurring as a result of self-organization of the fields of shear stress and strain, as well as temperature of lubricant film is carried out. Different temperature dependences of viscosity, additive uncorrelated fluctuations of basic parameters, correlated fluctuations of temperature are taken into account. Influence of deformation defect of shear modulus of lubricant on melting is investigated. The process of SPD is studied on the basis of model that is based on the Landau theory of phase transitions. It is shown that the deformation defect of the shear modulus of lubricant results in a hysteresis behavior at melting. Parameters are found at which the periodic stick-slip mode of friction is realized. At consideration of noise the phase diagrams are built with different friction modes. The self-similar mode is described. The changes of the friction modes are observed using the time dependences of stresses. The fragmentation of metals during the process of SPD is investigated, and the phase diagram with different modes of fragmentation is built. It is found out that with the growth of elastic strain the size of grains decreases in samples formed by SPD. The principle possibility of quasi-fractal grain structures formation is shown. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3260