ДИПЛОМНІ КУРСОВІ РЕФЕРАТИ


ИЦ OSVITA-PLAZA

Реферати статті публікації

Пошук по сайту

 

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Фізика » Основи кристалофізики

Температурные напряжения в кристаллах
Уравнения упругого равновесия Div а = 0и совместности
деформаций Ink e = 0 справедливы независимо от того, находится
ли весь кристалл при одной и той же температуре или температура
от точки к точке меняется. Во втором случае, однако, необходимо
принять во внимание температурные члены в законе Гука
ел = s^Oy, + алв, е = s : а + ав. E5.1)
В результате уравнение Бельтрами — Митчелла становится
неоднородным: вместо E1.17) получаем
Ink(s:a) = — Ink (об). E5.2)
В однородных температурных полях все однородные тела,
изотропны они или нет, расширяются совершенно свободно, если
этому не препятствуют окружающие тела. В неоднородных же
температурных полях одни части тела мешают свободно
расширяться другим его частям, и это приводит к возникновению
температурных напряжений в однородном теле, поверхность которого
свободна от каких бы то ни было нагрузок. Теорема о
единственности решения уравнений теории упругости показывает, что для
возникновения температурных напряжений необходимо, чтобы
уравнение Бельтрами — Митчелла E5.2) было неоднородно. Это
выполняется лишь при Ink (a6) =£ 0; отсюда следует, что
температурные напряжения не возникают не только в однородных
температурных полях, но и в температурных полях, линейно зависящих
от декартовых координат.
С другой стороны, условие Ink (ав) ^ 0 не только необходимо,
но и достаточно для возникновения температурных напряжений.
Действительно, если они отсутствуют, то тензор деформаций е =
= ав и он должен удовлетворять уравнению совместности Ink e = 0.
Так как поверхность кристалла свободна от нагрузок, средний
тензор температурных напряжений и средний момент этого тензора
равны нулю, что непосредственно следует из формул E0.15) и
E0.16). Это обстоятельство часто используется при решении задач
о распределении термоупругих напряжений.
Рассмотрим простейшую из таких задач — задачу о
термоупругих напряжениях в кристаллической пластинке толщины 2а,
температура которой меняется только по толщине (Инденбом,Силь-
вестрова, Сиротин, 1956; Белобородова, Ровенская, Сиротин, 1972).
Введем декартову систему координат OX[XiX^ с началом в
средней плоскости пластинки. Пусть оси Х[ и Х£, перпендикулярные
одна к другой, лежат в средней плоскости пластинки, а ось Х'г
направлена по нормали к ней. Очевидно, не только температура, но
и напряжения и деформации не зависят ни от х[, ни от я£.
§ 55] ТЕМПЕРАТУРНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ 345
Уравнения упругого равновесия имеют поэтому вид
° = U E5.о)
(штрихом отмечено, что компоненты тензора а отнесены к
системе Х[Х'ъХ'ъ). Решения их а£3 — константы. Все они равны нулю,
так как, согласно E0.15),
E5.4)
W = iJ o'i3dx'3 = 0.
Таким образом,
и отличны от нуля только три компоненты, о[, сг.2 и о'6.
Из уравнений совместности, как показано в § 49 (формулы
D9.20)), следует, что
e£ = i4£ + *£Bi (>.= 1, 2, 6), E5.5)
где А'\ и Si —числа, не зависящие от х'г.
Учитывая E5.4), закон Гука E5.1) можно записать в виде
АЬ + 4В'ь = 8^ + а16 (К |i=l, 2, 6) E5.6)
(остальные три равенства, входящие в обобщенный закон Гука,
нас не интересуют).
Усредним равенство E5.6) по пластинке, т. е. проинтегрируем
обе его части по х'ъ от — а до а и результаты разделим на 2а.
Учитывая, что усредненный тензор напряжений равен нулю,
получим
Л£ {<в> (А,= 1, 2, 6). E5.7)
(Угловые скобки означают усреднение по пластинке.) Умножим
теперь обе части равенства E5.6) на х^ и снова произведем
усреднение по пластинке. Воспользовавшись тем, что и усредненный
момент тензора напряжений равен нулю, получим
Ях=^<*£<*;©> (*■ = !. 2, 6). E5.8)
Таким образом, мы нашли три компоненты тензора деформаций:
е£ = а£ (<в> + ~ х'ъ <^в>) (X = 1, 2, 6). E5.9)
( )
Три равенства E5.6), переписанных в виде
-e) (К |i=l, 2, 6), E5.10)
можно рассматривать как систему трех линейный уравнений
относительно трех неизвестных компонент тензора напряжений, a'lt
Таблица 55.1
Термоупругие коэффициенты \^ для кристаллических пластинок
_ Ориентация ,, , , /
к!ТсыИ пластинки, и вы/б°Р Коэффициенты vx
осей х\ и х'2 (отнесенные к специальной системе координат x[y[z[)
Х'|| x, Ys = 4i [(Si6S26—s12s66)a1 + (s11s66 — s?e) a2 + (s12s16 — s11526)a6],
1 7<' = Л [E12% — s22si6) «! + (s12s16 — sus2e) a2 + (Sus^—sf 2) a6];
X2 \\X2 l/A1 = sus22s66 + 2s12s16s26 — sus^ — s22sje — s66s22.
Той Хз Л Xl y'= A* t^s22s44 — 4i) аз + (S24S34 — S44%0 a2 + (S23S24—S22S34) a4],
к^инняя X' ИХ 7з = ^2 [(S24S34 — S44S23) a3 + (S33S44 —sf1)a2 + (s23S34 —S33S24)a4],
система ^ = Лг t(s^S24 -S22S34) <*3 + (s23s34 -^зз^^) a. + (s22s33 - sj8) a*];
xj || X2 1 /A2 = S22SmSu + 2S23S34S24 - S22Sl, - S33S*t - S44SI,,.
X'3 II X2 7; = ^3[(s33s55 — s§5) ax + (s15s35 — 5rj5s13) a3 + (s13s35 — s33s15) a5],
X' 11 x "^2= Аз Ksiss35 — S55«i3) at + (S11S55 — sf.) a3 + {si3slb — SnSae) a5],
1' y'. = A3[(slss35 — s33s15)ai + (s13sl5 — sus35) a:i + (sns33 — s?3) a5];
^2II ^з UA3=sns33shb-{-2s13s15s3b — snsl.—s33s%—s^.v
Х3Ц X2 1 @10) V^^sUshSbb—sfB)a3 + (SsBS,B —S55SSi)ai-}-(Se,s,5 —Sus^ae],
X' \\ X II [0011 y'2 = Лз [(s35Si5 — S55S31) аз + (sssSi» — si,) aj + (S3145 — s33s,h) aj,
MoHO. '" "l j V« = ^3 l(s3iS15-s1]s35)a3 + (S3iS35 —s33sI5)a1-h(s33s11-s^)a5].
клинная .
система
Хз||Х3||[001] Y; = ^4(s22rz1— 612a2), 7^ = Л4( — s^+s,,^), Yo = O;
ХГ,||Х2||[010] l/^4 = Slls22-s?2.
346 УПРУГОСТЬ КРИСТАЛЛОВ [ГЛ. VI
i 55]
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ
347
+^
8-
С
%
Т1
е-
•|
I
8-* Ъ±
Я v? 8-8-
^2 Sj18-
c^ со ^ Г^^
I L+ 4?
~ I
О
II
I M
I СЧ-

О
II
4 «.
-si
f +1
S I ++
+ 8"%3
f f£ L
8S;^5L
1+11
£i» со4 +
+1 ^
^ 8.
Я I
л
V*1
Jl
o4
^ L L?
«о* 8 Й I
""^^"^
^"^^ CO*
IL II II II
8
9191
to
I MU
3 ^O*
*. со . _ eo
|||f
« S m eS
со*"""" ел1 "^
00 00 00 «
2-  I
= 11
Ч CO V 91 II
X X 8-
XX
Ч М Ч 91
X X
o ^_ ^^
—1 " in.
X X ><
*T x- x1
О) О
о о
Ю со
0 ,—, р-^
'^ 2 ""
4W Ч-. ЧИ
XXX
Таблица 55.1 {продолжение)
„ Ориентация ., . . /
Системы пластинки и выбор Коэффициенты ух
и классы ., „/ .,' / ., ж,'«,'гг''\
осей Xi и Л2 (отнесенные к специальной системе координат X\Y\Zi)
классы Х'ЛХ2 ± (ОНО) у[ = A9(s33a}—s13a3)y у'2 = Аэ ( — SigC^ + Suag), 7б = °;
32, 3/72, Х;|ХЛ[2Ц0] \/A9 = sns33-s*3.
am x; i|*s II [oooi]
Гексаго- Хз11^з-L @001) vf =.VS = ai/(sn + si2). 7в = 0.
нальная
XJ || Х3 ± @01) Yf = vS = ai/(Sn + siJ. 7e = 0.

Тетрагональная Xg |X, 1 A00) 7[ = ^й (s33ai— s13a3), 7s = Л ( — s13ai + sna3), Ve = °;
система X; Ц X21| [010] l/^9 = sns33-sf3.
x; ix,||[ooi]
XJ ± A10) Vl = 4i41o(sssai-sisas), y'* = A10 [ — 4s13ai-f-Bsu + 2s12 + see) a3], V^ = 0;
классы X: !l |IIO] lMio = s33Bsn + 2s12 + s66)-4s?3.
классы XJ||Xs||[001]
классы XJ 1 (Л0/) y'i = An № (c/flJ + /2] [/2(sn — s,2) а,+Ла (с/аJ (sna3-s^a^],
422, 4mm, X'21| X2 || [010] 72 = ^n {/4 (S11-S12) а, +/г4 (c/a)* s33a, -s13a3) +
42/72, + кЧЦс/а)- [(s13 + s44) ax — s12a3]}, y'e = 0;
4//72/72/T7 lMll=/4 (*!j -S}8) +Л* (C/fl)* (SuS3s - Sf 8) +/l2/2 (c/flJ BsuS13 - 2s12S13 + SUS44).
348 УПРУГОСТЬ КРИСТАЛЛОВ [ГЛ. VI
+ Л2/2 (c/aJ [4 (s13 + s44) ax — Bsn + 2s12 — s66) a3]}, y^ = 0;
1 /A12 = /4s66 (su + s12) + 2/i* (C/aL Bsus33 + 2s12s33 + s6Qs33 — 4s?J +
+ /i2/2 (C/aJ DsG6s13 + 2snsu + 2s12s44 + s66s44).
X's -L @01) Y; = Y2 = a/(sn + s12), Y^ = 0.
XJ 1 (ПО) 7; = 4Л13Eи-512)а, V2 = ^i3Bsn-2s12 + s44)a, Ve = 0;
^111[П0],Х;||[001] 1M13 = s11Bs11+2s12 + s44)-4s?2.
Кубиче- X« -L AП> Т1' = 7; = ба/D«11 + &1»+в«4). 7^ = 0.
екая .
система
Х1±(Ш) tf = ,414(/i9- + W(sn-s12)a, 72 = ^14 [(/г4+ /4)(sn-s12)+/i2/2s44]a, 7e = 0;
XJ || 1010] 1/Л14 = (/г4 + /4) (sJ1-s?2) + /i2/2 Bsns12-2s5fi + s11s44).
? 1МП010 y[ = Aib B^2+/2) [/2S44 + ^ Ps11-2s12 + s44)] a,
Al " lUUJ V2 = ^i5 [/4s44 + 8/i4 (Sll -s12)+/z2/2 Es44-2su + 2s12)] a, 7J = 0;
1 /Л15 = /4 (Su + sl2) s44 + W \Bsu + 2s12 + s44) sn - 4s22] + /i2/2 Bsu + 6s12 + s44) s44.
Изо- Yi' = Y2=^a/(Sn + Si2)=a£/(l-v), vi = 0-
тропные
тела
Обозначения а, с, $— параметры кристаллической решетки, Л, / — индексы Миллера, Е — модуль Юнга, v — коэффициент
Пуассона.
§ 551 ТЕМПЕРАТУРНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ 349
350 УПРУГОСТЬ КРИСТАЛЛОВ ГГЛ VI
(Jo, o'q. Эту систему легко решить, найдя матрицу d^x, обратную
матрице s^:
*^Хй = 8Х|1 (х, К |л=1, 2, 6). E5.11)
Поле термоупругих напряжений определяется формулами
(х, А,= 1, 2, 6),
1 0 (х = 3, 4, 5).
Отсюда с помощью закона Гука E5.1) можно получить и три
еще не найденные нами компоненты тензора деформаций.
Если температурное поле симметрично относительно средней
плоскости пластинки: в(—х'г) = &(хх), то средний его момент
(х-д@) обращается в нуль, и вместо E5.12) имеем
, J &£«>) (х, *=1, 2, 6),
* \ 0 (х = 3, 4, 5). E5ЛЗ>
Симметричное относительно средней плоскости пластинки
температурное поле получается, в частности, при равномерном
нагреве пластинки (см. § 33). В обозначениях этого параграфа
выведенная там формула C3.12) принимает вид
E5.14)
где h — скорость повышения температуры, k^ = k^ — компоненты
тензора температуропроводности в системе X\X[LX[U a
—полутолщина пластинки. Таким образом, при равномерном нагревании
кристаллической пластинки в ней возникают термоупругие
напряжения
(x, X=l, 2, 6),
E5.15)
О (х = 3, 4, 5).
При нагревании пластинка обычно оказывается сжатой с краев —
там напряжения равны о^(±а)==—^ла£Ла2/C£з) — и растянутой
посредине; в средней плоскости пластинки напряжения а* @) =
= dnxayJicPl^kz). При охлаждении пластинки /г<0, поэтому все
напряжения противоположны возникающим при нагревании *).
Коэффициенты Yx = d»A<*x Для кристаллических пластинок
различных ориентации приведены в табл. 55.1. По размерности и
даже по порядку величины они совпадают с коэффициентами
термоупругости pi (см. § 51), численно же от них отличаются, так
*) Решена также задача о термоупругих напряжениях, возникающих при
равномерном нагреве кристаллических цилиндров, см, Сиротин A956),
§ 56] УПРУГИЕ ВОЛНЫ В КРИСТАЛЛАХ 351
как коэффициенты d'yx не равны коэффициентам с^\. При
пользовании этой таблицей следует иметь в виду, что коэффициенты у^
отнесены к специальной системе координат X[Xf2X^ связанной
с пластинкой — поэтому они и отмечены штрихом. Коэффициенты
же Sxn и а^, отнесены к кристаллофизической системе координат,
что позволяет сразу подставлять в выписанные формулы их
табличные значения.
Вообще о термоупругости анизотропных тел см. работу Узда-
лева A967).

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Температурные напряжения в кристаллах» з дисципліни «Основи кристалофізики»

Заказать диплом курсовую реферат
Реферати та публікації на інші теми: Пушка на Луне
Оцінка
АУДИТОРСЬКИЙ ЗВІТ ТА ВИСНОВОК
Поділ іменників на відміни
Аудит установчих документів


Категорія: Основи кристалофізики | Додав: koljan (10.12.2013)
Переглядів: 843 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]

Онлайн замовлення

Заказать диплом курсовую реферат

Інші проекти




Діяльність здійснюється на основі свідоцтва про держреєстрацію ФОП