книги из ГПНТБ / Постников В.С. Внутреннее трение в металлах

в. с. п о с т н и к о в

Внутреннее

трение в металлах

Издание второе, переработанное и дополненное

МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974

КОНТРОЛЬНЫЙ

ЭКЗЕМПЛЯР

УДК 669.539.67 .

/.5

п

УДК 669.539.67

Внутреннее трение в металлах. 2-е изд. П о с т н и к о в в. с. м.,

«Металлургия», 1974. 352 с.

Книга является вторым существенно переработанным и дополнен­ ным изданием. В ней содержатся результаты экспериментальных и тео­ ретических исследований, выполненных учеными различных стран. Приведены методы измерения внутреннего трения при различных частотах и основные результаты экспериментальных исследований ча­ стотной, амплитудной, температурной и временной зависимостей вну­ треннего трения различных металлических и неметаллических мате­ риалов. Показана возможность использования внутреннего трения в качестве тонкого метода физического исследования сверхпроводи­ мости, диффузии, фазовых превращений, динамики дислокаций, а также структуры реальных конструкционных материалов.

Предназначена для научных работников, инженеров—металлове­ дов и металлофизиков; может быть использована также студентами и аспирантами, специализирующимися в области металловедения, физики металлов, материаловедения и физики твердого тела. Ил. 151. Список лит.: 626 назв.

0311—026 040 (01)—74 114—74

© Издательство «Металлургия», 1974.

4

Предисловие

Для выполнения основных задач девятой пятилетки Директи­ вами }£ХІѴ съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 годы предусмотрено:

ускорить темпы научно-технического прогресса путем всемерного развития исследований в наиболее перспективных областях науки

исокращения сроков внедрения результатов научных исследований

впроизводство; всемерно развивать фундаментальные и прикладные научные исследования и быстрее внедрять их результаты в народное хозяйство.

Второе издание книги вызвано тем, что за последнее время воз­ рос интерес к методу внутреннего трения и его действительным ана­ литическим возможностям со стороны материаловедов и всех спе­ циалистов, изучающих те или иные свойства твердых тел.

Настоящее издание подверглось значительной .переработке по сравнению с первым изданием. Переработка имела своей целью отразить наиболее интересные теоретические и экспериментальные работы, появившиеся после выхода в свет первого издания.

Второе издание расширено по сравнению с первым примерно на 25% его объема за счет введения новой, IX главы и добавления нового материала во все главы, особенно в V. Последнюю в связи с ее большим объемом и соображениями методического характера пришлось разбить на две самостоятельные главы V и VI.

При подготовке книги мне очень помогли критические замеча­ ния, высказанные исследователями на читательской конференции по обсуждению первого издания на Сухумском совещании 1970 г. по внутреннему трению в полупроводниковых и металлических материалах, а также отзывы читателей. Пользуюсь случаем побла­ годарить всех тех, кто так любезно помог мне своими замечаниями

иопытом.

Явесьма признателен моим ученикам: С. А. Аммеру, В. И. Бе­ лявскому, Ю. С. Балашову, С. А. Гридневу, В. А. Евсюкову, И. В. Золотухину, В. И. Колтунову, А. Т. Косилову, В. Е. Мило-

Введение

Известно, что колебания, вызванные в твердом теле, сравни­ тельно быстро затухают даже при отсутствии внешнего сопротив­ ления. Однако до середины прошлого столетия этому явлению иссле­ дователи не уделяли внимания. По-видимому, Кельвин (1865 г.) был первым, кто обратил на это важное явление должное внимание. Его исследования ле остались незамеченными и были продолжены трудами Максвелла (1868 г.), Фойгта (1892 г.), Вейнберга (1904 г.), Кузнецова (1913 г.), Кимбелла (1925 г.) и другими. В эти годы (до 1930 г.) шло в основном накопление экспериментальных данных о характере рассеяния энергии колебаний в зависимости от условий эксперимента, понемногу создавалась макроскопическая теория. Физическая природа явления оставалась во многом неясной, о ме­ ханизмах рассеяния энергии колебаний еще почти ничего не гово­ рили, но основа для серьезных исследований уже была создана.

Тридцатые и сороковые годы характеризуются резким увеличе­ нием количества экспериментальных (Кёстер, Сноек, Рид.'Кз и др.) и теоретических (Зинер, Ландау, Ахиезер и др.) исследований, направленных на выяснение сущности явления, на практическое его использование для решения задач физики твердого тела. Появ­ ляется необходимость в анализе накопленного материала. Первый, важный для последующего развития проблемы внутреннего трения обзор сделал К. Зинер (1940 г.). Этот обзор и особенно его известная монография [165] в значительной мере способствовали развитию проблемы рассеяния энергии колебаний в материале.

За последние два десятка лет выполнено огромное число иссле­ дований различного рода. Автору монографии известно значитель­ ное число оригинальных работ, многие из которых посвящены чисто теоретическим исследованиям. Столь большой интерес к проблеме не может быть случайным. Он продиктован соображениями позна­ вательного и практического характера.

Всем известно, что надежность конструкций в космический век — наиболее важная проблема. Она не может быть успешно решена без применения материалов с высокими стабильными физико-меха­ ническими, химическими и другими свойствами. Обеспечить ста­ бильность свойств существующих материалов, создать новые, обла­ дающие нужными для техники свойствами, — трудная задача.

Материалы, составляющие основу конструкций, как правило, эксплуатируются в переменных полях различной природы (механи­ ческих, температурных и т. д.) и интенсивности и потому непрерывно изменяют свои свойства. В связи с этим прогресс в области материа-

7

Глава I

М ето д ы

и з м е р е н и я в н у т р е н н е г о т р е н и я

1. Меры внутреннего трения. Связь между различными мерами

Колебания, искусственно созданные в твердом теле, с течением времени затухают, упругая энергия колебаний рассеивается, пре­ вращаясь в тепловую энергию. Различные механизмы превращения

.упругой энергии в тепловую объединены общим названием — вну­ треннее трение.

Для . простоты обсуждения и обозначения допустим, что поле напряжений в образце (рис. 1) можно охарактеризовать одной составляющей о (случай одноосного напряжения). Тогда можно рассматривать только одну составляющую деформации е, соответ­ ствующую напряжению а. Соответствующий модуль упругости, связывающий деформацию и напряжение, обозначим через М.

' В качестве меры внутреннего трения -могут быть выбраны раз­ личные величины. Например, за меру внутреннего трения можно выбратщэнергию, рассеянную в единице объема за одну секунду, т. е. величину

Удобнее, однако, пользоваться безразмерными величинами. Наи­ более часто употребляемой характеристикой внутреннего трения является величина

энергия колебаний всего образца, отвечающая амплитудным значе­

По аналогии с терминамД, применяемыми в электротехнике, можно ввести так называемуюЦеханическую добротность Qсистемы,- которую определим как умноженное на 2я отношение максимальной энергии, запасенной за один_пбриод, к энергии, рассеянной за пе­

9