Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ОТ ЧЕТЫРЕХ К ОДНОМУ. СИЛЫ ВНУТРИАТОМНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ

Бадамшин И. Х.,

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 показано, что в основе прочности твердых тел лежит равновесие межатомных сил притяжения и отталкивания между зарядами кристаллической решетки. Иначе говоря, прочность определяется электростатическим взаимодействием электронных оболочек и ядер атомов кристаллической решетки, в основе которого лежит закон Кулона.

Применение этого фундаментального свойства материалов позволяет развить методы расчета на прочность конструкций и перейти в модели 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, открываются новые методы конструирования материалов лопаток турбин. Основой анализа при этом является межатомное взаимодействие в модели поведения материалов и ее влияние на конструкционную прочность деталей.

Учет сил межатомного и внутриатомного взаимодействия на основе разработанной вихревой модели атома открывает возможности расширить область применения предлагаемого подхода на различные разделы физики, в частности, перейти от четырех фундаментальных взаимодействий к одному.