Ученые смоделировали процесс изнашивания аморфных материалов и пришли к выводу, что вероятность повреждения при циклическом и постоянном напряжении равна. Это открытие поможет создать более износостойкие материалы. Исследование опубликовано в журнале Communications Materials.
Любой материал изнашивается с течением времени. На это влияет целый ряд причин, основная из которых — оказываемое на него напряжение. Оно бывает постоянным, когда на материал что-то воздействует без перерывов, например на перекрытия в зданиях давит вес конструкции или гитарная струна натянута, когда закреплена на инструменте. А бывает переменным (и часто циклическим): асфальт на дороге подвергается воздействию проезжающих по нему машин, из-за чего становится все хуже и хуже. Это явление ученые называют усталостью материалов. Она проявляется в том числе и через микротрещины, которые появляются из-за внешнего воздействия. Они и приводят к разрушению материала. Усталость материалов — серьезная проблема в промышленности, особенно при изготовлении деталей для машин или самолетов. Они постоянно испытывают циклические нагрузки, а их внезапный выход из строя может иметь катастрофические последствия.
Ученые из Японии проанализировали физические механизмы усталостного разрушения в малых циклах у аморфных твердых тел. Такие тела не имеют кристаллической структуры — это, например, стекло или пластмасса. Исследователи предполагали, что вероятность перелома при циклическом напряжении намного меньше, чем при постоянном. Однако проведенное моделирование показало, что критическая деформация аморфных твердых тел, после которой изменения становятся необратимыми, наступает одновременно в обоих случаях.
Специалисты пришли к выводу, что в аморфных телах более высокая плотность приводит к большей эластичности и медленной динамике. Так как механические свойства материала зависят от его плотности, сдвиговая деформация оказывается связана с колебаниями плотности. Циклическое напряжение постепенно усиливает колебания плотности до тех пор, пока материал не начинает разрушаться от возникающих внутри него пустот .
В планах ученых — проверить свои выводы уже на практике. Если их выводы подтвердятся, можно будет говорить о разработке более износостойких материалов на основе этих данных.
Автор: Полина Ячменникова
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
