Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Калин Физическое материаловедение Том 4 2008.pdf
Скачиваний:
1128
Добавлен:
16.08.2013
Размер:
11.46 Mб
Скачать

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ФИЗИЧЕСКОЕ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

В шести томах

Под общей редакцией Б. А. Калина

Том 4

Физические основы прочности. Радиационная физика твердого тела. Компьютерное моделирование

Рекомендовано ИМЕТ РАН в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по направлению «Ядерные физика и технологии» Регистрационный номер рецензии 181

от 20 ноября 2008 года МГУП

Москва 2008

УДК 620.22(075) ББК 30.3я7 К17

ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ: Учебник для вузов./Под общей ред. Б.А. Калина. – М.: МИФИ, 2008.

ISBN 978-5-7262-0821-3

Том 4. Физические основы прочности. Радиационная физика твердого тела. Компьютерное моделирование/ Е.Г. Григорьев, Ю.А. Перло-

вич, Г.И. Соловьев, А.Л. Удовский, В.Л. Якушин. М.: МИФИ, 2008. – 696 с.

Учебник «Физическое материаловедение» представляет собой 6-том- ное 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.

Учебник подготовлен в рамках Инновационной образовательной программы

ISBN 978-5-7262-0821-3

ISBN 978-5-7262-0978-4 (т. 4)

©Московский инженерно-физический институт (государственный университет), 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Основные условные обозначения .................................................................

9

Предисловие к тому 4 .....................................................................................

13

Глава 11. ФИЗИКА ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ....................................

15

11.1. Описание и характеристики процесса деформации.......................

15

11.1.1. Основные понятия....................................................................

15

11.1.2. Напряжения и деформации......................................................

17

11.1.3. Диаграмма растяжения: Характерные точки .........................

21

11.1.4. Масштабные уровни описания процессов деформации.......

26

11.2. Упругость .........................................................................................

29

11.2.1. Закон Гука для случая одноосной деформации ....................

29

11.2.2. Закон Гука как результат взаимодействия соседних

 

атомов........................................................................................

29

11.2.3. Закон Гука в обобщенном виде ..............................................

32

11.2.4. Модули и коэффициенты упругости .....................................

34

11.2.5. Зависимость модулей упругости от различных

 

факторов ................................................................................

37

11.3. Процессы пластической деформации.............................................

39

11.3.1. Кристаллографическое скольжение........................................

39

11.3.2. Фактор Шмида .........................................................................

43

11.3.3. Необходимость введения дислокационных

 

представлений...........................................................................

45

11.3.4. Начало пластической деформации .........................................

46

11.3.5. Повороты кристаллической решетки в результате

 

пластической деформации скольжением ..............................

47

11.3.6. Взаимосвязь величин сдвиговой деформации

 

и поворота решетки .................................................................

53

11.3.7. Стадии деформационного упрочнения

 

и этапы переориентации .........................................................

54

11.3.8. Теории дислокационного упрочнения ...................................

56

11.3.9. Текстуры деформации и текстурное упрочнение .................

61

11.3.10. Двойникование как механизм деформации .........................

67

11.3.11. Анизотропное поведение листовых образцов

 

при растяжении .......................................................................

73

11.3.12. Влияние границ зерен на деформацию поликристаллов ...

74

11.3.13. Особенности расчета кривых течения

 

для поликристаллов ...............................................................

78

11.3.14. Возможные подходы к моделированию деформации

 

поликристалла .........................................................................

80

11.3.15. Возникновение зуба текучести .............................................

81

11.3.16. Влияние температуры на деформацию поликристаллов ...

85

11.4. Ползучесть.........................................................................................

88

11.4.1. Неупругая обратимая ползучесть............................................

89

3

11.4.2. Логарифмическая ползучесть..............................................

92

11.4.3. Высокотемпературная ползучесть ......................................

94

11.4.4. Диффузионная ползучесть...................................................

97

11.4.5. Характеристики ползучести.................................................

102

11.5. Разрушение ........................................................................................

104

11.5.1. Основные виды разрушения................................................

104

11.5.2. Зарождение трещины ...........................................................

106

11.5.3. Критерий Гриффитса для роста хрупкой трещины ..........

107

11.5.4. Критерий Гриффитса при учете пластической

 

деформации вблизи вершины трещины ...........................

109

11.5.5. Связь характера разрушения со структурой материала.....

112

11.5.6. Температура хрупко-вязкого перехода

 

и пути ее снижения ..............................................................

114

11.5.7. Схема Иоффе перехода из хрупкого в пластичное

 

состояние ...............................................................................

119

11.5.8. Особенности охрупчивания ОЦК металлов ......................

120

11.5.9. Некоторые возможности методов физического

 

металловедения при изучении процессов разрушения ......

121

11.6. Усталость металлических материалов ...........................................

123

11.6.1. Общие характеристики явления .........................................

123

11.6.2. Особенности протекания пластической деформации

 

при циклическом нагружении .............................................

126

11.6.3. Зарождение и распространение усталостных трещин ......

131

11.6.4. Влияние различных факторов на усталость ......................

133

Контрольные вопросы ..............................................................................

138

Список использованной литературы ......................................................

139

Глава 12. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ .............

141

Введение ....................................................................................................

141

12.1. Упругое взаимодействие двух тел ..................................................

146

12.1.1. Характеристики, описывающие взаимодействие

 

излучения с веществом ......................................................

146

12.1.2. Способы описания упругого взаимодействия ...................

152

12.1.3. Самопроизвольный распад частицы ...................................

155

12.1.4. Парные столкновения ..........................................................

158

12.1.5. Общее уравнение движения частиц ...................................

165

12.1.6. Примеры описания рассеяния в классическом случае .....

169

12.2. Виды потенциалов ионно-атомного взаимодействия ...................

176

12.3. Приближенные методы описания рассеяния .................................

181

12.3.1. Приближенные потенциалы и условия их выбора.............

182

12.3.2. Приближенные выражения для описания рассеяния ........

183

12.4. Основы рассеяния релятивистских частиц ...................................

187

12.5. Основы квантового описания рассеяния .......................................

195

12.6. Влияние кристаллической решетки на процессы упругого

 

взаимодействия .................................................................................

203

4

12.6.1. Кооперативные эффекты при рассеянии квантовых

 

частиц .....................................................................................

204

12.6.2. Обратная решетка и ее основные свойства ........................

207

12.6.3. Условия формирования дифракционного максимума.......

208

12.6.4. Структурный множитель интенсивности ..........................

212

12.6.5. Расчет амплитуды пучков, рассеянных на кристалле .......

214

12.6.6. Тепловые колебания атомов ...............................................

217

12.6.7. Экстинкционная длина ........................................................

220

12.6.8. Кооперативные эффекты при рассеянии классических

 

частиц .....................................................................................

222

12.7. Действие облучения на материалы ................................................

230

12.7.1. Образование элементарных радиационных дефектов ......

232

12.7.2. Анизотропия дефектообразования при малых энергиях

 

первично-выбитого атома ...................................................

242

12.7.3. Каскады атомных столкновений .........................................

246

12.7.4. Виды каскадов и их описание .............................................

256

12.7.5. Количественная оценка степени радиационного

 

воздействия на материалы ...................................................

282

Контрольные вопросы ..............................................................................

285

Список использованной литературы ......................................................

287

Глава 13. РАДИАЦИОННАЯ ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА ......................

288

Введение ....................................................................................................

288

13.1. Особенности облучения нейтронами делящихся материалов......

291

13.2. Радиационный рост материалов .....................................................

298

13.2.1. Закономерности радиационного роста монокристаллов,

 

изотропного и текстурированного поликристаллического

 

урана .........................................................................................

298

13.2.2. Представления о причинах радиационного роста.................

304

13.2.3. Радиационный рост конструкционных материалов..............

311

13.3. Распухание материалов ...................................................................

318

13.3.1. Явление газового распухания топливных материалов ........

318

13.3.2. Распухание топлива, обусловленное твердыми

 

продуктами деления ...............................................................

326

13.3.3. Вакансионное распухание металлических сплавов

 

под действием облучения .......................................................

329

13.4. Радиационно-индуцированные превращения и ускоренные

 

процессы ............................................................................................

339

13.4.1. Явление радиационной гомогенизации сплавов урана .......

341

13.4.2. Аморфизация сплавов под облучением ................................

351

13.4.3. Сегрегация элементов в сплавах при облучении .................

354

13.4.4. Радиационно-индуцированная сепарация атомов

 

в сплавах ..................................................................................

359

13.4.5. Упорядочение и разупорядочение сплавов

 

под облучением .......................................................................

362

13.4.6. Радиационно-ускоренная диффузия .....................................

365

5

13.5. Радиационное упрочнение и охрупчивание ..................................

371

13.5.1. Влияние условий облучения на упрочнение ........................

372

13.5.2. Низкотемпературное радиационное охрупчивание .............

377

13.5.3. Особенности влияния облучения на механические

 

свойства ...................................................................................

378

13.5.4. Высокотемпературное радиационное охрупчивание

 

материалов ...............................................................................

395

13.6. Радиационная ползучесть материалов ...........................................

403

13.6.1 Закономерности радиационной ползучести ..........................

303

13.6.2. Механизмы радиационной ползучести .................................

408

13.7. Релаксация напряжений в материалах при облучении .................

417

13.8. Радиационная эрозия поверхности .................................................

427

13.8.1. Распыление материалов .........................................................

427

13.8.2. Радиационный блистеринг ....................................................

443

13.8.3. Эрозия вследствие униполярных дуг ....................................

469

Контрольные вопросы ..............................................................................

471

Список использованной литературы ......................................................

473

Глава 14. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

 

В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ .............................................

474

14.1. Задачи компьютерного моделирования .........................................

474

14.1.1. Различные типы вычислительного эксперимента ...............

477

14.1.2. Моделирование на основе микроскопических процессов

 

в конденсированной среде .....................................................

478

14.1.3. Моделирование макроскопических процессов

 

в конденсированной среде .....................................................

480

14.1.4. Основные методы решения задач моделирования ..............

483

14.2. Примеры математических моделей макроскопических

 

процессов ...........................................................................................

486

14.2.1. Примеры моделей на основе закона сохранения энергии ...

486

14.2.2. Свойства моделей теплопередачи .........................................

489

14.2.3. Автомодельные решения модели нелинейной

 

теплопроводности ...................................................................

491

14.2.4. Задача о фазовом переходе. Задача Стефана ........................

495

14.2.5. Компьютерное моделирование воздействия

 

на поверхность материала мощным ионным пучком ..........

498

14.3. Моделирование на основе микроскопических процессов ............

503

14.3.1. Метод молекулярной динамики ............................................

503

14.3.2. Вариационный метод .............................................................

518

14.3.3. Метод Монте-Карло ...............................................................

535

14.4. Фракталы и фрактальные структуры .............................................

546

14.5. Вейвлет-анализ. Применение к обработке изображений .............

558

Контрольные вопросы ..............................................................................

565

Список использованной литературы ......................................................

566

6

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.