On mechanics of deformation and crushing processes

Abstract

The mechanics of crushing and breaking of particles is one of the most intractable problems in materials science. The stressed states of processed materials are significantly inhomogeneous, and thus the deformation and disintegration mechanisms vary greatly. Two techniques have been developed for realizing these processes as a quasi-homogeneous transition. The device and method developed by Enikolopov transform a solid polymer spontaneously into powder. The same loading system is now used for obtaining fine-grained metals, similarly as when using the ECAP device developed by Valiev. Both techniques are now used for obtaining nanostructured materials. The common feature of both types of methods is the formation of new physical surfaces. These are particle-free oversurfaces or grain boundaries. The method requires a supply of energy in the form of mechanical work, and this is mostly done by simultaneous action of pressure and shear stress. The formation offree oversurfaces in stressed solid bodies is the subject offracture mechanics. The Griffith equation is employed to describe the problem.

Механика дробления и разрушения частиц является одной из трудноразрешимых проблем материаловедения. Напряженное состояние обработанных материалов значительно неоднородно, и поэтому механизмы деформирования и разрушения существенно отличаются. Разработаны два метода для реализации этих процессов как квазиоднородного перехода. С помощью устройства и метода, разработанных Ениколоповым, твердый полимер самопроизвольно преобразуется в порошок. Аналогичная система нагружения используется для получения мелкозернистых металлов, подобно использованию устройства для равноканального углового прессования, разработанного Валиевым. Оба метода используются в настоящее время для получения наноструктурных материалов. Образование новых физических поверхностей является общей чертой обоих методов. Они представляют собой свободные от частиц верхние поверхности, над- поверхности или границы зерен. В соответствии с методом Валиева, требуется подача энергии в виде механической работы, что обычно осуществляется одновременным воздействием давления и касательного напряжения. Поскольку образование свободных надповерхностей в нагруженных твердых телах является предметом механики разрушения, для решения этой задачи используется уравнение Гриффитса.