Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
ВВЕДЕНИЕ
Существующие методы расчета на прочность элементов конструкций основаны на теории упругости механики деформируемого твердого тела, которая, в свою очередь, базируется на гипотезе сплошности среды и эмпирических исходных данных.
Исследованиями в области физики твердого тела было показано, что в основе прочности твердых тел лежит равновесие межатомных сил притяжения и отталкивания между зарядами кристаллической решетки. Иначе говоря, прочность определяется электростатическим взаимодействием электронов и ядер атомов кристаллической решетки, в основе которого лежит закон Кулона.
Применение этого фундаментального свойства материалов позволяет развить методы расчета на прочность конструкций и при моделировании поведения материалов от гипотезы сплошности среды к учету сил межатомного взаимодействия на уровне элементарной атомной ячейки.
Такой подход открывает новые возможности теоретически рассчитывать прочностные, упругие и теплофизические характеристики элементов конструкций, в которые входят: модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел упругости, предел текучести, коэффициент теплового расширения, коэффициент теплопроводности, являющиеся исходными данными в расчете напряженно-деформированного состояния деталей. Кроме того, одним из направлений развития нанотехнологий является полное трехмерное управление структурой материалов на атомном уровне с целью размещения каждого атома на своем месте. В этих условиях важно заранее знать упругие и прочностные свойства нанообъемов монокристаллов с бездефектной структурой. При этом существенно сокращается объем дорогостоящих экспериментов, в некоторых случаях на уникальном оборудовании.
Применительно к элементам авиационных двигателей использование предлагаемого подхода в моделировании поведения материала, как составной части расчета на прочность, открывает новые методы конструирования лопаток турбин. Основой анализа при этом является межатомное взаимодействие в механике материалов и ее влияние на конструкционную прочность деталей.