Физическое материаловедение, Том 4, Физические основы прочности, Радиационная физика твердого тела, Компьютерное моделирование, Калин Б.А., 2008

Физическое материаловедение, Том 4, Физические основы прочности, Радиационная физика твердого тела, Компьютерное моделирование, Калин Б.А., 2008.
 
  Учебник «Физическое материаловедение» представляет собой 6-томное издание учебного материала по всем учебным дисциплинам базовой материаловедческой подготовки, проводимой на 5–8 семестрах обучения студентов по кафедре Физических проблем материаловедения Московского инженерно-физического института (государственного университета).
Том 4 содержит описание основных закономерностей взаимодействия излучения с твердым телом, физики прочности и радиационных повреждений, свойств материалов и моделирования физических процессов, изложенных в главах «Физические основы прочности», «Взаимодействие излучения с веществом», «Радиационная физика твердого тела», «Моделирование в материаловедении» и «Физические основы компьютерного проектирования материалов».
Учебник предназначен для студентов, обучающихся по специальности «Физика конденсированного состояния», и аспирантов, специализирующихся в области физики конденсированных сред и материаловедения, и может быть полезен молодым специалистам в области физики металлов, твердого тела и материаловедения.

Предел прочности.
После прохождения точки s на диаграмме растяжения в образце развивается интенсивная пластическая деформация. До точки b (см. рис. 11.4) рабочая часть образца сохраняет первоначальную форму. Удлинение здесь равномерно распределяется по расчетной длине. В точке b эта макроравномерность пластической деформации нарушается. В какой-то части образца, обычно вблизи концентратора напряжений, который был уже в исходном состоянии или образовался при растяжении, начинается локализация деформации. Ей соответствует местное сужение поперечного сечения образца - образование шейки.
Возможность значительной равномерной деформации и оттягивание момента начала образования шейки в пластичных материалах обусловлены деформационным упрочнением. Если бы его не было, то шейка начала бы формироваться сразу же по достижении предела текучести. Дело в том, что скольжение, как и любой реальный физический процесс, начинается не везде одновременно, а в тех или иных сечениях образца, характеризующихся случайным наличием концентраторов напряжения. Если деформационное упрочнение мало, в течение некоторого времени может не быть достаточных причин для распространения скольжения на соседние сечения образца, в результате чего площадь этого сечения станет меньше площади соседних сечений, и сдвиговое напряжение в нем соответственно увеличится, способствуя дальнейшему продолжению скольжения именно в этом сечении. Если же деформационное упрочнение велико, переход скольжения из первоначального сечения в соседнее происходит до проявления сколько-нибудь значимой локализации деформации в первоначальном сечении, и шейка не образуется.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Основные условные обозначения
Предисловие к тому 4
Глава 11. ФИЗИКА ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
11.1. Описание и характеристики процесса деформации
11.1.1. Основные понятия
11.1.2. Напряжения и деформации
11.1.3. Диаграмма растяжения: Характерные точки
11.1.4. Масштабные уровни описания процессов деформации
11.2. Упругость
11.2.1. Закон Гука для случая одноосной деформации
11.2.2. Закон Гука как результат взаимодействия соседних атомов
11.2.3. Закон Гука в обобщенном виде
11.2.4. Модули и коэффициенты упругости
11.2.5. Зависимость модулей упругости от различных факторов
11.3. Процессы пластической деформации
11.3.1. Кристаллографическое скольжение
11.3.2. Фактор Шмида
11.3.3. Необходимость введения дислокационных представлений
11.3.4. Начало пластической деформации
11.3.5. Повороты кристаллической решетки в результате пластической деформации скольжением
11.3.6. Взаимосвязь величин сдвиговой деформации и поворота решетки
11.3.7. Стадии деформационного упрочнения и этапы переориентации
11.3.8. Теории дислокационного упрочнения
11.3.9. Текстуры деформации и текстурное упрочнение
11.3.10. Двойникованне как механизм деформации
11.3.11. Анизотропное поведение листовых образцов при растяжении
11.3.12. Влияние границ зерен на деформацию поликристаллов
11.3.13. Особенности расчета кривых течения для поликристаллов
11.3.14. Возможные подходы к моделированию деформации поликристалла
11.3.15. Возникновение зуба текучести
11.3.16. Влияние температуры на деформацию поликристаллов
11.4. Ползучесть
11.4.1. Неупругая обратимая ползучесть
11.4.2. Логарифмическая ползучесть
11.4.3. Высокотемпературная ползучесть
11.4.4. Диффузионная ползучесть
11.4.5. Характеристики ползучести
11.5. Разрушение
11.5.2. Основные виды разрушения
11.5.2. Зарождение трещины
11.5.3. Критерий Гриффитса для роста хрупкой трещины
11.5.4. Критерий Гриффитса при учете пластической деформации вблизи вершины трещины
11.5.5. Связь характера разрушения со структурой материала
11.5.6. Температура хрупко-вязкого перехода и пути ее снижения
11.5.7. Схема Иоффе перехода из хрупкого в пластичное состояние
11.5.8. Особенности охрупчивания ОЦК металлов
11.5.9. Некоторые возможности методов физического металловедения при изучении процессов разрушения
11.6. Усталость металлических материалов
11.6.1. Общие характеристики явления
11.6.2. Особенности протекания пластической деформации при циклическом нагружении
11.6.3. Зарождение и распространение усталостных трещин
11.6.4. Влияние различных факторов на усталость
Контрольные вопросы
Список использованной литературы
Глава 12. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
Введение
12.1. Упругое взаимодействие двух тел
12.1.1. Характеристики, описывающие взаимодействие излучения с веществом
12.1.2. Способы описания упругого взаимодействия
12.1.3. Самопроизвольный распад частицы
12.1.4. Парные столкновения
12.1.5. Общее уравнение движения частиц
12.1.6. Примеры описания рассеяния в классическом случае
12.2. Виды потенциалов ионно-атомного взаимодействия
12.3. Приближенные методы описания рассеяния
12.3.1. Приближенные потенциалы и условия их выбора
12.3.2. Приближенные выражения для описания рассеяния
12.4. Основы рассеяния релятивистских частиц
12.5. Основы квантового описания рассеяния
12.6. Влияние кристаллической решетки на процессы упругого взаимодействия
12.6.1. Кооперативные эффекты при рассеянии квантовых частиц
12.6.2. Обратная решетка и ее основные свойства
12.6.3. Условия формирования дифракционного максимума
12.6.4. Структурный множитель интенсивности
12.6.5. Расчет амплитуды пучков, рассеянных на кристалле
12.6.6. Тепловые колебания атомов
12.6.7. Экстинкционная длина
12.6.8. Кооперативные эффекты при рассеянии классических частиц
12.7. Действие облучения на материалы
12.7.1. Образование элементарных радиационных дефектов
12.7.2. Анизотропия дефектообразования при малых энергиях первично-выбитого атома
12.7.3. Каскады атомных столкновений
12.7.4. Виды каскадов и их описание
12.7.5. Количественная оценка степени радиационного воздействия на материалы
Контрольные вопросы
Список использованной литературы
Глава 13. РАДИАЦИОННАЯ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
Введение
13.1. Особенности облучения нейтронами делящихся материалов
13.2. Радиационный рост материалов
13.2.1. Закономерности радиационного роста монокристаллов, изотропного и текстурированного поликристаллического урана
13.2.2. Представления о причинах радиационного роста
13.2.3. Радиационный рост конструкционных материалов
13.3. Распухание материалов
13.3.1. Явление газового распухания топливных материалов
13.3.2. Распухание топлива, обусловленное твердыми продуктами деления
13.3.3. Вакансионное распухание металлических сплавов под действием облучения
13.4. Радиационно-индуцированные превращения и ускоренные процессы
13.4.1. Явление радиационной гомогенизации сплавов урана
13.4.2. Аморфизация сплавов под облучением
13.4.3. Сегрегация элементов в сплавах при облучении
13.4.4. Радиационно-индуцированная сепарация атомов в сплавах
13.4.5. Упорядочение и разупорядочение сплавов под облучением
13.4.6. Радиационно-ускоренная диффузия
13.5. Радиационное упрочнение и охрупчивание
13.5.1. Влияние условий облучения на упрочнение
13.5.2. Низкотемпературное радиационное охрупчивание
13.5.3. Особенности влияния облучения на механические свойства
13.5.4. Высокотемпературное радиационное охрупчивание материалов
13.6. Радиационная ползучесть материалов
13.6.1 Закономерности радиационной ползучести
13.6.2. Механизмы радиационной ползучести
13.7. Релаксация напряжений в материалах при облучении
13.8. Радиационная эрозия поверхности
13.8.1. Распыление материалов
13.8.2. Радиационный блистеринг
13.8.3. Эрозия вследствие униполярных дуг
Контрольные вопросы
Список использованной литературы
Глава 14. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ
14.1. Задачи компьютерного моделирования
14.1.1. Различные типы вычислительного эксперимента
14.1.2. Моделирование на основе микроскопических процессов в конденсированной среде
14.1.3. Моделирование макроскопических процессов в конденсированной среде
14.1.4. Основные методы решения задач моделирования
14.2. Примеры математических моделей макроскопических процессов
14.2.1. Примеры моделей на основе закона сохранения энергии
14.2.2. Свойства моделей теплопередачи
14.2.3. Автомодельные решения модели нелинейной теплопроводности
14.2.4. Задача о фазовом переходе. Задача Стефана
14.2.5. Компьютерное моделирование воздействия на поверхность материала мощным ионным пучком
14.3. Моделирование на основе микроскопических процессов
14.3.1. Метод молекулярной динамики
14.3.2. Вариационный метод
14.3.3. Метод Монте-Карло
14.4. Фракталы и фрактальные структуры
14.5. Вейвлет-анализ. Применение к обработке изображений
Контрольные вопросы
Список использованной литературы
Глава 15. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ
15.1. Мольный термодинамический потенциал Гиббса двухфазной двухкомпонентной системы
15.2. Система уравнений равновесия двух фаз в двухкомпонентных системах
15.3. Фазовые диаграммы в различных координатах
15.4. Различные трактовки системы уравнений равновесия двух фаз
15.4.1. Физическая трактовка
15.4.2. Геометрическая трактовка
15.4.3. Химическая трактовка
15.5. Разделение задачи на две
15.6. Термодинамическая теория фазовых переходов 1-го рода чистых компонентов состояние
15.7. Феноменологический метод описания фазовых переходов 1-го рода чистых компонентов
15.8. Методы расчета параметров стабильности чистых компонентов
15.9. Определения структуры, фазы
15.10. Инвариантность решений системы уравнений фазового равновесия
15.11. Инвариантность термодинамических функций смешения
15.12. Обобщение правила равенства площадей Максвелла
15.12.1. Обобщение правила равенства площадей Максвелла на случай расслоения
15.12.2. Обобщение правила равенства площадей Максвелла на случай равновесия двух неизоморфных растворов
15.13. У-алгоритм расчета кривой расслоения на Т-х фазовой диаграмме
15.14. У-алгоритм расчета равновесия двух неизоморфных растворов на Т-х фазовой диаграмме
15.15. Пример применения У-алгоритма к расчету фазовой диаграммы системы Al-Si
15.16. Уравнения для одно/двухфазных типа а/а+? фазовых границ Т—х, р—х диаграмм состояний в дифференциальных формах
15.17. О непрерывности энтальпии, энтропии, объема и химических потенциалов компонентов на а/а+? и ?/а+? фазовых границах Т-х диаграммы состояния
15.17.1. О непрерывности функций смешения (энтальпии смешения, энтропии смешения, объема смешения) на а/а+? и ?/а+? фазовых границах Т-х диаграммы состояния
15.18. Одно двухфазные а/а+? или ?/a+? фазовые границы Т-р-х диаграмм состояний двухкомпонентных систем как поверхности скачков всех вторых производных от равновесной мольной энергии Гиббса системы
15.18.1. Уравнения для скачков концентрационного наклона энтропии и парциальных энтропий компонентов
15.18.2. Уравнение для скачка изобарической теплоемкости
15.18.3. Уравнения для скачков концентрационного наклона объема и парциальных объемов компонентов
15.18.4. Уравнение для скачка изотермической сжимаемости
15.18.5. Уравнение для скачка объемного коэффициента термического расширения
15.18.6. Уравнения для скачков парциальных энтальпий компонентов
15.19. Обобщенные соотношения Эренфеста на а/а+в фазовых границах Т-р-х диаграмм состояния бинарных систем
15.19.1. Непрерывность гессиана и его алгебраических дополнений от энергии Гиббса по его аргументам на а/а+в фазовой границе Т-р-х диаграммы состояния
15.19.2. Обобщенные соотношения Эренфеста
15.20. Интегральные изобарическая теплоемкость, изотермическая сжимаемость, коэффициент термического расширения двухфазных двухкомпонентных сплавов
15.21. Анализ трехфазных равновесий в двухкомпонентных системах. Расчет энтальпии трехфазной реакции Т-р-х диаграммы состояния
15.22. Прямые и обратные задачи
15.23. Термодинамический подход к компьютерному проектированию стабильных многослойных материалов
Контрольные вопросы
Список использованной литературы
Предметный указатель.