URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения
Id: 170898
 
341 руб.

Механика контактного разрушения. Изд.стереотип.

URSS. 2013. 224 с. Мягкая обложка. ISBN 978-5-382-01462-3.

 Аннотация

В настоящей книге изложены современные представления о механике разрушения контактирующих тел и рассмотрены методы ее практического использования. Приводятся основные результаты решений контактной задачи теории упругости и пластичности, морфологии поверхностных трещин и условий их возникновения, закономерности распространения возникших трещин и разрушения исходной поверхности тела. Большое внимание уделено результатам соответствующих экспериментов и их согласованию с расчетом.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, 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)".


 Оглавление

Предисловие
Введение
Глава I. Основные результаты контактной механики
 § 1.Напряженное состояние при упругом контактировании твердых тел
 § 2.Влияние пластичности на характер контактирования
 § 3.Контактные напряжения в упругопластическом полупространстве
 § 4.Контактное взаимодействие при ударе
Глава II. Морфология поверхностных трещин и их возникновение
 § 5.Применение основных идей механики разрушения к контактным задачам
 § 6.Зарождение подповерхностных трещин
 § 7.Последовательность развития магистральных трещин и их общий вид
 § 8.Поверхностные трещины при контактном ударе
Глава III. Закономерности распространения трещин
 § 9.Основные принципы роста трещин
 § 10.Рост трещин при упругом контактном нагружении
 § 11.Распространение трещин в условиях упругопластического контакта
 § 12.Динамическое контактное разрушение
Глава IV. Основные практические приложения МКР
 § 13.Определение вязкости разрушения
 § 14.Оценка остаточных поверхностных напряжений
 § 15.Применение МКР к проблемам изнашивания
 § 16.Фреттинг-усталость
Заключение
Список литературы

 Contents

Preface
Introduction
Chapter I. General results of contact fracture mechanics (3 printer's sheets in Russian)
 1.Stressed state in case of elestic contact of elastic bodies
 2.Influence of plasticity on the nature of contacting
 3.Contact stresses in the elastic-plastic semispace
 4.Contact interaction in case of the blow
Chapter II. Morphology of surface cracks and their initiation (1,5 p. s.)
 5.Basic ideas of fracture mechanics with respect to the contact problems
 6.Surface crack initiation
 7.History of the main cracks and their general form
 8.Surface cracks in case of the contact blow
Chapter III. Crack propagation properties (2.5 p. s.)
 9.Basic principles of crack growth
 10.Crack growth under the elastic contact loading
 11.Crack propagation in case of elastic-plastic contact
 12.Dynamic contact fracture
Chapter IV. Application of contact fracture mechanics (4,5 p. s.)
 13.Fracture toughness determination
 14.Evaluation of residual surface stress
 15.Contact fracture mechanics with respect to the wear problems

 Предисловие

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.

Авторы глубоко признательны В.М.Александрову и Л.И.Слепяну за внимательное и плодотворное рецензирование рукописи книги.


 Введение

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 [12, 25, 117, 130, 134, 141, 188, 197]. 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 [162], 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" [148] 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 [40, 44, 57, 108, 566] и огромное число публикаций. Кроме того, в рамках механики деформируемого твердого тела существует целый раздел, посвященный контактным задачам упругости и упругопластичности [2, 36, 106, 154, 200]. 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 [321], 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 [322] 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 [216] расширил эти эксперименты и установил связь между радиусом сферического индентора и критической нагрузкой, вызывающей возникновение конических трещин в стекле. В 1919 г. Раман [504] изучал фигуры контактного разрушения и фотографировал их в отраженном свете. Спустя семь лет он [505] применил для этих целей интерференционный метод. Далладай и Твиман [252] 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 [502, 5031 впервые использовал выдвинутые в то время Гриффитсом идеи для качественного описания характера контактного разрушения стекла, однако его работы прошли, по-видимому, незамеченными для других исследователей. В 1930 г. Эндрюс [209] продолжил и расширил эксперимент Рамана по ударному контактному разрушению стекла. В 1930--40-х гг. в Сибирском физико-техническом институте под руководством В.Д.Кузнецова были проведены широкие экспериментальные исследования по изучению контактного разрушения на монокристаллах щелочных галогенидов с учетом их анизотропии [93]. В это же время работы по изучению контактного разрушения стекла продолжались в Америке [217, 501]. Проводились также исследования по поверхностной трещиностойкости твердых сплавов [255, 256]. В послевоенное время С.В.Пинегин в Институте машиноведения АН СССР начал широкий цикл исследований по контактной прочности закаленных сталей и других твердых материалов [143--147]. В 1956 г. Рослер опубликовал работы [511, 512], 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 [195] и Г.И.Баренблаттом [12]. Однако первая теория герцевского разрушения была разработана Фрэнком и Лоуном [287] лишь в 1967 г. В 1975 г. Лоун и Уилшоу опубликовали фундаментальный обзор по механике контактного разрушения [422], 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.


 Synopsis

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."


 Об авторах

Юрий Васильевич КОЛЕСНИКОВ (1946--1996)

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.


 
© URSS 2016.

Информация о Продавце