WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ангармонической модели твердого тела с потенциаМоделирование стационарного режима деформации на лом взаимодействия Ленарда-Джонса. При этом был мезоскопическом уровне [13] показало, что такой режим использован алгоритм, реализующий идею кристаллисвязан с формированием устойчивых вихрей упругих зации твердого тела из расплава [17]. Такой подход деформаций, которые движутся в направлении распро- при рассмотрении формирования двухфазной структуры странения фронта возмущений. Но оценка взаимосвязи поверхностного слоя при трении скольжения создает (когерентности) процессов взаимодействия дефектной условия для обеспечения взаимодействия процессов и кристаллической фаз в поверхностном слое при разрушения кристаллической решетки с образованием безызносном трении может быть осуществлена толь- дефектной фазы и обратного релаксационного с формико моделированием на микроскопическом (атомарном рованием кристаллической фазы. Для усиления эффекта уровне). короткодействия, как и в [16,17], нами использовался Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Диссипативные процессы в сплавах при проявлении эффекта безызносного трения Материал поверх- Структура двумерной Межатомное Потенциал Сдвиговое Соотношение кристаллической ностного слоя решетки расстояние, nm ионизации, eV усилие, N и дефектной фаз Углерод Гексагональная 0.154 7.38 460 1/9 рис. 1, b Медь Треугольная 0.256 3.31 200 1/5 рис. 2, b Свинец Треугольная 0.350 2.05 130 1/3 рис. 3, b модифицированный ПЛД: с шагом 1 · 10-16 s, что гарантировало высокую точность численных расчетов. Для исключения краевых 12 a a эффектов поверхностный слой по длине взят бескоu(r) =D - 2 k(r), (2) нечным.

r r Эксперименты проводились по следующей схеме. Загде a — равновесное межатомное расстояние, D — давалась необходимая для выбранного материала велипотенциал ионизации атома, r — расстояние между чина потенциала ионизации и затем под него подбираатомами, k(r) — корректирующий множитель, опреде- лось такое сдвиговое напряжение, которое обеспечивало ляемый отношениями устойчивую динамическую структуру поверхностного слоя. Это можно было визуально оценить по струкk(r) =1при r r;

туре материала на экране монитора. Когда сдвиговое напряжение было мало, исходная поликристаллическая r - r1 структура переходила в монокристаллическую. В случае k(r) = 1 - при r1 < r < r2;

r2 - rже превышения сдвиговым напряжением определенного предела двухфазный дефектно-кристаллический поверхk(r) =0при r r2.

ностный слой наполнялся пустотами, которые быстро росли и приводили к разрушению поверхностного слоя.

Параметры r1 и r2 выбирались таким образом, чтобы При достижении динамического равновесия между дейвеличина r1 была близка к rmax = 1.1087 (в единицах a), ствием межатомного потенциала и сдвигового напряжепри котором ПЛД имеет точку перегиба и характериния устанавливалась устойчивая картина поверхностнозуется максимальной силой взаимодействия, а радиус го слоя, которая в отдельных деталях могла со временем обрезания потенциала r2 несколько меньше радиуса меняться, но по общему соотношению кристаллической второй координационной сферы в плотноупакованной и дефектной фаз была стабильна.

треугольной решетке. Этим условиям удовлетворяют Результаты модельных экспериментов представлены параметры r1 = 1.1 и r2 = 1.7 (в eд. a).

в таблице.

В отличие от [16,17] (с учетом того, что необНа рис. 1, a, 2, a и 3, a показаны исходные структуры ходимо было оценивать и сравнивать молекулярноуглерода, меди и свинца. Структуры после достижения динамическое поведение поверхностных слоев из угустойчивого состояния представлены на рис. 1, b, 2, b, лерда, меди и свинца), расчеты велись в размерных 3, b. Они отражают дефектное состояние материала в диединицах. Потенциал ионизации и межатомное расстонамических условиях одновременного противодействия яние для углерода, меди и свинца взяты из [18,19].

внешнего сдвигового усилия и сил межатомной связи.

Сдвиговое воздействие на атомы поверхностного слоя Эти дефектные структуры не могут отождествляться со оценивалось в ньютонах. Исходные структуры получастатическими дефектными структурами реальных образли следующим образом. На выбранной площади поцов материала, получаемыми при структурном анализе ликристалла случайным образом задавалось положение после завершения процесса трения. Полученные резульопределенного количества центров кристаллизации. Их таты однозначно свидетельствуют о том, что с возрасположения фиксировались и вокруг них осуществлялся танием энергии межатомной связи материала поверхпо заданной программе рост кристаллитов навстречу друг другу до взаимного контакта. При этом учиты- ностного слоя растет и величина внешнего воздействия, при котором получается устойчивая двухфазная струквалось, что для меди и свинца (имеющих структуру тура, характеризующая проявление эффекта безызносгранецентрированного куба) в двумерном изображении вокруг одного атома должны располагаться шесть сосед- ного трения. Кроме того, самопроизвольное формированих атомов. А для углерода, в двумерном изображении ние структуры поверхностного слоя в рассматриваемых имеющего гексагональную решетку, вокруг одного ато- условиях не только для меди, что было отмечено ранее ма должны располагаться три соседних атома с учетом как избирательный перенос, но и для углерода и свинца направленности связи под углом 120. Расчеты меж- позволяют считать, что и в этом случае мы имеем дело атомного взаимодействия велись по алгоритму Верле с явлением избирательного переноса, характеризующим в скоростной форме [20]. Интегрирование проводилось термодинамическое поведение системы.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 70 Т.А. Шахназаров, Ю.А. Тахтарова, Т.С. Лугуев Рис. 1. Атомная структура поверхностного слоя для углерода. Рис. 2. Атомная структура поверхностного слоя для меди.

Движение рассматриваемой нами микросистемы опре- систем. Наличие взаимодействия между атомами приводеляется силами, действующими между ее атомами, дит к возникновению корреляции между этими частицаначальными условиями и воздействием внешней сре- ми. В этом решающую роль играют мелкомасштабные ды, определяемым сдвиговым напряжением. Однако ре- флуктуации. Как показано в [22] на примере классичезультат действия сдвигового напряжения на отдельный ской динамической системы (неравновесный идеальный атом совершенно неадекватен реальному проявлению газ), мелкомасштабные флуктуации „участвуют“ в форсистемы в данный момент на макроуровне. Как пока- мировании необратимого процесса, обеспечивая диссизано в [21], в соответствии с идеями Гиббса рассмат- пацию энергии. Решение уравнения эволюции этой сириваемую макросистему необходимо ассоциировать с стемы приводит к выражению, называемому интервалом целым ансамблем эквивалентных микросистем. Тогда столкновений, которое целиком описывает необратимый закономерности развития макросистемы будут выводить- (релаксационный) процесс преобразования упорядоченся из среднего поведения этого ансамбля, т. е. статис- ного движения, создаваемого внешним воздействием, в тически. хаотическое тепловое движение частиц.

Основная закономерность, определяющая стабиль- В рассматриваемом нами случае необратимого проность существования двухфазной структуры в поверх- цесса в динамической системе, образующейся в поверхностном слое и макроэффект безызносного трения, ха- ностном слое при эффекте безызносного трения, роль рактеризуется когерентностью прямого процесса появ- мелкомасштабных флуктуаций необходимо оценивать ления дефектной фазы и обратного процесса, обеспечи- посредством вариационных принципов термодинамики, вающего возрождение кристаллической фазы. Механизм которые также позволяют описать необратимый процесс проявления этой закономерности можно проследить на преобразования внешнего воздействия в хаотическое, примере рассмотрения ансамбля эквивалентных микро- тепловое движение атомов.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Диссипативные процессы в сплавах при проявлении эффекта безызносного трения на его основе непосредственно выводятся дифференциальные уравнения, описывающие процессы переноса.

Уравнение для переноса энергии в неизотермических и многокомпонентных континуумах под воздействием внешней произвольной силы в универсальном -представлении имеет вид [23]:

k k • • u + p - hqk Fk - Lik Fi + Fk 1 q i k=1 i,k=k + Lqq + Lqk Fk + = 0. (3) q 1 k k=• В уравнении (3) — плотность; u — скорость • изменения внутренней энергии; p — давление; — скорость изменения объема; Lqk, Lik, Lqq — коэффициенты, учитывающие зависимость потока от термодинамической силы; — оператор набла;,, — q k i термодинамическая сила в -представлении; Fk, Fi — внешняя сила.

Если учесть, что в процессах, происходящих в поверхностном слое при безызносном трении, изменения • объема несущественны ( 0), то уравнение (3) с учетом Xq, Fk + Xk, Fi + Xi можно q q k q i выразить следующим образом:

k k k • u = LqkXqFk + LikXiFk - LqqXq + LqkXk.

k=1 i,k=1 k=(4) Выражение (4) показывает, что изменение удельной внутренней энергии рассматриваемого объема поверхРис. 3. Атомная структура поверхностного слоя для свинца.

ностного слоя происходит двояко. Во-первых, силы внешнего воздействия (Fk) обеспечивают возрастание удельной внутренней энергии за счет протекания проТермодинамическая оценка поведения цесса дефектообразования и формирования дефектной системы в процессе проявления фазы. Во-вторых, за счет действия межатомных сил эффекта безызносного трения (Xq, Xk) протекают релаксационные процессы возрождения кристаллической фазы с понижением удельной Для анализа рассматриваемого нами процесса трения внутренней энергии.

скольжения с реализацией явления безызносности и Процесс переноса компонентов на основе интесамопроизвольным возникновением однокомпонентного грального принципа определяется следующим уравнениповерхностного слоя может быть выведено неизотерем [23]:

мическое уравнение переноса на основе интегрального k вариационного принципа термодинамики [23]. Запись • ci + Lqi + Lik Fq + = 0, (5) q q k плотности лагранжиана для интегрального принципа в k=общем виде где ci — скорость изменения концентрации рассматZ = - риваемого компонента, i = 1, 2,..., k. Преобразования, ( — кинетическая часть, отражающая скорость возрасаналогичные проведенным с уравнением (3), приводят тания энтропии в единице объема, а — потенциальная выражение (5) к следующему виду:

составляющая, определяемая потенциалом рассеяния) k показывает, что в единичном объеме интегральный прин• ci = - LqiXq + LikXk. (6) цип суммирует действие принципа наименьшего рассеk=яния Онсагера и принципа минимального производства энтропии Пригожина. Однако интегральный принцип яв- Выражения (5) и (6) показывают, что с возрастанием ляется независимым вариационным принципом и лишь внешней силы Fk концентрация ci понижается и может Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 72 Т.А. Шахназаров, Ю.А. Тахтарова, Т.С. Лугуев достичь нуля. Остается только тот компонент, у кото- атомы примесного компонента внедряются в основной рого внешняя сила становится равной силе межатом- материал поверхностного слоя. В случае же сближения ного взаимодействия, в итоге Xk = 0 и концентрация ci химических потенциалов основного и примесного комне снижается. понентов доля примесного компонента в поверхностном Если принять стопроцентную реализацию условия (1), слое будет возрастать.

то при достижении стационарного состояния можно счиРассмотренная картина позволяет поставить вопрос тать, что внешнее воздействие полностью расходуется о прогнозировании эффекта безызносного трения в зана формирование дефектной фазы, а релаксационный данном диапазоне внешней нагрузки за счет подбора процесс в полной мере обеспецивает формирование крикомпонентов антифрикционного сплава с необходимой сталлической фазы. Тогда (на основе общего выражения энергией межатомной связи.

для потока [23]) поток атомов основного компонента формируемого поверхностного слоя может быть оценен следующим образом:

Выводы k k Fk µk 1. Проявление эффекта безызносного трения в металJi = Lik - = Lik Fk - µk. (7) T T T лических сплавах связано с формированием поверхностk=1 k=ного слоя из определенного материала, тип которого Выражение (7) уточняет механизм проявления зависи- определяется интенсивностью внешнего воздействия.

мости (6). Когда внешняя сила, действующая на каждый 2. Структура, образующаяся при безызносном трении атом (Fk), равна силе межатомного взаимодействия (µk) поверхностного слоя, характеризуется наличием дефектдля атомов, отличных от основного металла (µi), то ной и кристаллической фаз, находящихся в динамичепоток атомов основного металла становится равным ском взаимодействии. Устойчивость такого двухфазного нулю (Ji = 0).

поверхностного слоя обеспечивается когерентностью Параболическая (квадратичная) зависимость диссипавзаимного превращения фаз.

ции энергии при формировании упорядоченных струк3. Экспериментальные результаты, полученные метотур в поверностном слое, полученная в работе [1], поздом молекулярной динамики, подтверждают формироваволяет оценить рациональные пределы реализации эфние двухфазной структуры в поверхностном слое при фекта безызносного трения для различных материалов.

проявлении эффекта безызносного трения. Качественная Каноническое уравнение параболы y2 = 2px показывает, оценка связи равновесного соотношения образующихся что чем меньше параметр параболы p, тем острее парафаз с энергией межатомного взаимодействия позволябола и тем более четко должно проявляться избирательет сделать вывод о том, что чем прочнее материал ное накопление определенного компонента в поверхповерхностного слоя, тем более динамичная структура ностном слое. Результаты модельных экспериментов с формируется в поверхностном слое при безызносном углеродом, медью и свинцом подтверждают это. По мере трении.

увеличения энергии межатомного взаимодействия от 4. При трении скольжения пластичных материалов свинца к углероду заметно усиливалась четкость устапревращение энергии внешнего воздействия в энергию новления двухфазной структуры поверхностного слоя, теплового движения атомов обеспечивают мелкомасчто проявлялось в сужении интервала сдвиговых напряштабные флуктуации. Чем полнее протекает этот дисжений, при которых находилась получаемая структура.

сипативный процесс, тем полнее реализуется эффект Когда же процесс установления устойчивой структуры безызносного трения.

поверхностного слоя происходит в антифрикционном 5. В динамической системе при безызносном трении сплаве, содержащем несколько компонентов, он будет процессы переноса регламентируются вариационным определяться зависимостью (7) и будет тем более четинтегральным принципом термодинамики.

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.