Семинары

В понедельник 03  июля 2023  г. в  15-00  в конференц-зале (1 этаж, 108 к.) ИГиЛ СО РАН состоится  семинар  научного направления «Механика деформируемого твердого тела» "Механика макро- и нано-структур" под руководством д.ф.-м.н. Коробейникова С. Н. и д.ф.-м.н. Шутова А. В.

Научный доклад: Панфилов П.Е., Кабанова А.В.

«О морфологии трещин в материалах биологического генезиса (дентин и эмаль зубов человека, скорлупа птичьих яиц)» 

Докладчик: Панфилов Петр Евгеньевич д.ф-м.н., профессор кафедры физики конденсированного состояния Институт естественных наук Уральский федеральный университет, Екатеринбург

Подключиться к конференции можно по ссылке: https://meet.google.com/apc-jdru-vdv

Аннотация:

Трещины - дефекты деформационного происхождения, наблюдая эволюцию которых, можно получить информацию о механизмах аккомодации напряжений в твердом теле под нагрузкой. Опыт показывает, что трещины возникают в твердых телах, независимо от типа межатомных связей, характера деформационного поведения и генезиса. Эти дефекты оказываются доступными для наблюдения на масштабах, начиная с нано- и заканчивая мегаскопическим. При этом существующие математические модели трещин корректно описывают эксперимент только в случае хрупкого недеформируемого твердого тела, когда работает линейная упругая механика. Возникает вопрос, что представляет собой хрупкая трещина или трещина, рост которой описывается в рамках линейной упругой механики? Всвязи с чем, задача анализа морфологии трещин на разных масштабах в материалах с различными типами химической связи и генезиса представляется актуальной как для физического материаловедения, так и механики разрушения.

Твердые биологические ткани (дентин и эмаль зубов человека, скорлупа птичьих яиц) – интересные модельные материалы для такого исследования, поскольку на макроскопическом масштабе они демонстрируют хрупкое деформационное поведение, хотя по строению, дентин можно отнести к наполненным биополимерам, а эмаль и скорлупу – к биоминералам. В докладе обсуждается морфология трещин на микро- и нано- масштабах в модельных материалах по сравнению с трещинами в металлах, в том числе и разрушающихся хрупко (иридий и покрытый галлием алюминий), в ковалентных кристаллах, считающихся в материаловедении эталоном хрупкого разрушения и в некоторых горных породах. На микроскопическом масштабе опасные трещины в дентине и биоминералах (эмали зубов и в яичной скорлупе), в граните, в серпентините, в антраците и в песчанике, независимо от схемы нагружения, состояли из слившихся порообразных трещин, как это происходит в пластичных металлах. В некоторых случаях трещины в биоминералах удавалось подрастить, увеличивая стрелу прогиба. Это указывает на наличие в модельных материалах добавочного к растрескиванию канала аккомодации упругой энергии, а именно необратимой деформации. Действительно, изучение трещин в дентине и эмали на оптическом микроскопе в режиме «на просвет», показало, что перед вершиной основной трещины формируется пластическая зона, где материал утоняется и в которой возникают порообразные трещины, имеющие тенденцию сливаться с магистральной. Подобным образом развиваются опасные трещины в области шейки в металлах и при растяжении тонких фольг металлов и дентина в колонне ТЕМ, экспериментах, позволяющих изучать процесс разрушения на нано- масштабе. Можно предположить, что вклад такого канала, как необратимая деформация, в аккомодацию напряжений в горной породе зависит от ее химического состава и особенностей генезиса. В зависимости от величины этого вклада, меняется морфология трещин в модельных материалах от той, что имеет место в пластичном металле до хрупкой. При этом деформационное поведение дентина, эмали и скорлупы яиц под действием растягивающих нагрузок на макроскопическом уровне всегда было хрупким.

Работа выполняется при поддержке РНФ (грант № 23-29-00253).