Document 398135

СТО АлтГТУ 15.62.1.2306-2013
ПАМЯТКА
по изучению дисциплины «Физические основы прочности материалов» для студентов
направления «Машиностроение» (5 семестр).
1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Согласно учебному плану, аудиторная нагрузка по дисциплине в 5 семестре составляет: лекции – 34 ч,
практические занятия – 17 ч.
Самостоятельная работа студентов (СРС) – 57 час. В СРС входит подготовка к: практическим занятиям и
контрольной работе. Форма промежуточной аттестации ЗАЧЕТ
В теоретическом курсе будут рассмотрены следующие темы:
1. Физика прочности материалов. Основные понятия (8 часов, литература [1,2]).
История развития представлений о прочности материалов. Механическое поведение (прочность,
пластичность) конструкционных материалов – металлов, сплавов, сталей, керамик и композитов. Описание и
характеристики процесса деформации. Масштабные уровни описания процессов деформации. Основные
понятия о прочности материалов. Напряжения и деформации. Разрушение и прочность.
Силы межатомного взаимодействия и типы твердых тел. Металлы, диэлектрики, керамика. Аморфное и
кристаллическое состояние. Стекла и их свойства. Монокристаллы и поликристаллы.
Типы кристаллических структур и их связь с типом межатомного взаимодействия. Симметрия и
симметричные преобразования. Принципы классификации решеток. Сингонии. Решетки Браве.
Упругость. Закон Гука для случая одноосной деформации. Закон Гука как результат взаимодействия
соседних атомов. Ангармонизм. Упругая и квазиупругая деформация. Модули упругости.
Теоретическая прочность на отрыв. Теоретическая прочность на сдвиг. Деформация как сдвиг вдоль
кристаллографических плоскостей. Необходимость введения дислокационных представлений.
2. Дислокационная теория прочности (10 часов, литература [1,3,4]).
Кристаллическая структура твердых тел. Основные характеристики кристаллов. Кристаллографические
плоскости. Представление кристалла как системы плотноупакованных плоскостей.
Дислокации как носители элементарного сдвига. Общие свойства дислокаций в упругом сплошном
теле. Напряженное состояние вокруг дислокации. Характеристики дислокаций в дискретной решетке. Вектор
Бюргерса. Энергия ядра дислокации. Энергия упругого поля.
Типы дислокаций. Краевые, винтовые, смешанные дислокации. Геометрия скольжения. Плоскость
скольжения, направление скольжения. Особенности движения дислокаций в кристаллах с гцк и оцк решетками.
Движение дислокации. Рельеф Пайерлса. Критическое напряжение сдвига, необходимое для движения
дислокаций. Взаимодействие между дислокациями. Дислокационные реакции. Взаимодействие между
параллельными дислокациями. Пересечение дислокаций.
Полные и частичные дислокации. Сверхдислокации. Поперечное скольжение дислокаций. Плоские
скопления дислокаций. Переползание дислокаций. Источник Франка-Рида.
3. Механизмы упрочнения при пластической деформации (8 часов, литература [1,3]).
Виды деформации: растяжение-сжатие, сдвиг, изгиб, кручение. Трехосное напряженное состояние при
растяжении материала. Диаграмма растяжения в координатах напряжение-деформация и ее особые точки.
Стадийность пластической деформации. Особенности кривых напряжение-деформация в металлах с
гцк структурой. Особенности кривых напряжение-деформация в металлах с оцк структурой. Коэффициент
деформационного упрочнения. Кристаллографическое скольжение. Фактор Шмида. Упрочнение на стадии I.
Начало пластической деформации. Нижний предел текучести. Возникновение зуба текучести. Взаимодействие
дислокаций с точечными дефектами. Атмосферы Коттрелла и Сузуки.
Упрочнение на стадии II. Вторичные системы скольжения. Барьеры Ломера-Коттрелла. Упрочнение на
стадии III. Двойное поперечное скольжение. Разрушение. Основные виды разрушения. Зарождение трещины.
Критерий Гриффитса для роста хрупкой трещины. Связь характера разрушения со структурой материала.
Температура хрупко-вязкого перехода и пути ее снижения.
Влияние температуры на прочностные свойства. Возврат. Полигонизация. Рекристаллизация.
Ползучесть. Двойникование.
4. Современные методы упрочнения (8 часов, литература [1-4]).
Твердорастворное упрочнение. Упрочнение за счет выделения частиц второй фазы. Распад
пересыщенного твердого раствора. Дисперсионное твердение. Зоны Гинье-Престона. Механизмы перерезания
дислокациями частиц второй фазы.
1
СТО АлтГТУ 15.62.1.2306-2013
Взаимодействие дислокаций с границами зерен и межфазными границами. Уравнение Холла-Петча.
Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы. Мартенситные превращения. Высокопрочные стали.
ТРИП-стали.
Упорядоченные материалы. Интерметаллиды. Суперсплавы. Влияние температуры на прочность
интерметаллидов. Аномальная температурная зависимость прочностных свойств интерметаллических
соединений. Связь упорядочения с механизмом движения дислокаций.
Высокопрочные нитевидные материалы. Металлические и неметаллические усы. Волокна бора.
Углеволокна. Нанотрубки. Нитевидные нанокристаллы. Высокопрочные наноструктурные материалы на основе
углерода.
2. ЛИТЕРАТУРА
2.1. Основная.
1. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. / [Б.Н.Арзамасов и др.].- Изд. 6-е, стер.- М., изд-во МГТУ,
2004. 646 с. [11 экз]
2.2. Дополнительная.
2. Ржевская С.В. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. – М.: Университетская книга Логос, 2006.
3. Штремель М.А. Прочность сплавов. Ч1. Дефекты решетки. Учебное пособие для вузов, М.,
Металлургия, 1982, 280 с.
4. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация. – М.: МИСИС, 1997. – 527 с.
5. Кан Р.У., Хаазен П. Физическое металловедение. В 3-х т. М.: Металлургия, 1987. - 640 с.
3. ГРАФИК КОНТРОЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА
Модуль
Контрольное испытание
Время проведения
Вес
1-2
Зачет
2
Контрольная работа 1
9-10 недели (5-е занятие)
0,5
0,5