Министерство образования и науки РФ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Самарский государственный университет»
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ | |
Проректор по научной работе | |
________________ | |
«____»_______________ 2011 г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ФИЗИКА ПРОЧНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ»
ОД. А.09.1 «Дисциплины по выбору аспиранта»;
основной образовательной программы подготовки аспиранта
по отрасли 01.00.00. - Физико-математические науки,
специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния
Самара 2011
Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния, в соответствии с Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния по физико-математическим наукам, утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ № 000 от 01.01.2001 г., и учебным планом СамГУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.
Составитель рабочей программы: , профессор, доктор физико-математических наук.
Рабочая программа утверждена на заседании ученого совета физического факультета
протокол от 01.01.2001 г.
Декан физического факультета
«___»____________2011 г. ____________
(подпись)
1. Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины - освоение теоретических основ механических свойств твердых тел, процессов образования, движения и взаимодействия дефектов кристаллической решетки и их роли в формировании физических свойств твердого тела, экспериментальными методами определения. механических свойств твердых тел.
Задачи дисциплины:
· рассмотреть физические основы формирования механических свойств твердых тел;
· рассмотреть физические основы образования, движения и взаимодействия дефектов кристаллической решетки при различных воздействиях;
· рассмотреть роль дефектов в формировании физических свойств твердых тел;
· рассмотреть современной теории механических свойств и зависимости этих свойств от состава и структуры металлов и сплавов:
· обосновать связь структуры твердых тел с природой сил связи на атомном и молекулярном уровне и макросвойствами материалов.
1.2. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины
Аспиранты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
Иметь представление:
· о роли и значении дефектов в формировании физических свойств твердых тел;
· о современных методах изучения дефектов кристаллической решетки;
· о теоретической и реальной прочности кристаллов, временной прочности твердых тел, об усталости и усталостном разрушении, ползучести и внутреннем трении.
Знать:
· виды дефектов кристаллической решетки;
· механизмы образования дефектов кристаллической решетки;
· механизмы взаимодействия дефектов кристаллической решетки;
· механизмы движения дефектов кристаллической решетки;
· теорию прочности и пластичности твердых тел.
Уметь:
· самостоятельно работать с научной литературой по физике твердого тела и понимать её;
· самостоятельно анализировать и решать задачи научно-исследовательского характера по физике прочности твердых тел и уметь пропагандировать их;
· вести целенаправленный поиск литературы по заданному направлению по реферативным журналам, электронным библиотекам и другим Internet-источникам.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Курс предполагает наличие у обучающихся знаний общей и атомной физики, физического материаловедения, физики твердого тела, квантовой механики в объеме магистерской программы высшего профессионального образования.
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 01.04.07 – Физика конденсированного состояния.
2. Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах и зачетных единицах)
Форма обучения (вид отчетности):
3 год аспирантуры; вид отчетности – зачет.
Вид учебной работы | Объем часов / зачетных единиц |
Трудоемкость изучения дисциплины | 36 / 1 |
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | 0 |
в том числе: | |
лекции | 2 |
семинары | 0 |
практические занятия | 2 |
Самостоятельная работа аспиранта (всего) | 32 |
в том числе: | |
Подготовка к практическим занятиям | - |
2.2. Разделы дисциплины и виды занятий
Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетные единицы – 36 часа.
№ п/п | Наименование раздела и темы дисциплины | Количество часов/Зачетных единиц | |||
Лекции | Семина-ры | Практи-ческие занятия | Самостоя-тельные занятия | ||
1 | Структура материалов и химическая связь | - | - | - | 4 |
2 | Упругость | - | - | - | 2 |
3 | Пластичность и разрушение | - | - | - | 2 |
4 | Механические свойства твердых тел | - | - | - | 2 |
5 | Точечные дефекты. Дислокации | 0 | - | 2 | 4 |
6 | Дефекты упаковки | - | - | - | 2 |
7 | Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами | 2 | - | 0 | 4 |
8 | Теоретическая и реальная прочность твердых тел | - | - | - | 2 |
9 | Механические свойства твердых тел и дефекты. Упрочнение | - | - | - | 2 |
10 | Ползучесть и усталость металлов | - | - | - | 2 |
11 | Внутреннее трение в твердых телах | - | - | 4 | |
12 | Практические вопросы прочности и пластичности | - | - | - | 2 |
Итого: | 2 | - | 2 | 32 |
2.3. Лекционный курс
1. Структура материалов и химическая связь. Типы связи. Энергия связи. Молекулярные кристаллы. Силы Ван-дер-Ваальса. Дисперсионное, ориентационное, индукционное взаимодействие. Ионные кристаллы. Ковалентные кристаллы. Металлы.
Понятие реальной структуры кристаллов. Классификация дефектов кристаллического строения в твердых телах. Проблема разрушения материалов. Задачи физики прочности и пластичности.
2. Упругость. Напряжение и деформация. Закон Гука. Энергия упругой деформации. Влияние температуры на модуль упругости.
3. Пластичность и разрушение. Относительная и истинная деформация. Теория пластичности. Твердость. Микро - и наноиндентирование. Разрушение материалов.
4. Механические свойства твердых тел. Напряженное и деформированное состояние твердых тел. Тензор напряжений и деформаций. Упругость. Закон Гука для изотропных твердых тел. Связь между модулями Юнга, объемной деформации и сдвига. Коэффициент Пуассона. Закон Гука для анизотропных твердых тел.
5. Точечные дефекты. Виды точечных дефектов. Вакансии. Атомы внедрения. Геометрия пустот в основных решетках металлов. Искажение решетки вокруг точечных дефектов. Термодинамика точечных дефектов. Равновесная концентрация точечных дефектов. Миграция точечных дефектов. Источники и стоки точечных дефектов. Комплексы точечных дефектов. Поведение вакансий при закалке и отжиге. Методы определения концентрации вакансий, энергии их образования и миграции.
Краевая дислокация. Скольжение краевых дислокаций. Переползание краевых дислокаций. Дислокации – подход с точки зрения теории упругости. Классификация дислокаций. Вектор Бюргерса. Краевые дислокации. Движение краевых дислокаций. Винтовые дислокации. Скольжение винтовых дислокаций. Смешанные дислокации, пример их движения. Дислокационные петли. Призматические дислокационные петли, способы их образования. Свойства векторов Бюргерса. Плотность дислокаций. Дислокационные реакции. Размножение дислокаций. Упругое взаимодействие дислокаций. Характерные единичные дислокации. Частичные дислокации.
Энергия дислокаций. Силы, действующие на дислокацию. Упругое взаимодействие параллельных краевых дислокаций. Упругое взаимодействие параллельных винтовых дислокаций.
6. Дефекты упаковки. Подразделение дислокаций на полные и частичные. Энергетический критерий дислокационных реакций. Плотнейшие упаковки. Виды дефектов упаковки, способы их образования. Энергия дефекта упаковки. Характерные полные (единичные) дислокации. Частичные дислокации Шокли. Растянутые дислокации. Частичные дислокации Франка. Стандартный тетраэдр Томпсона и дислокационные реакции в г. ц.к. решетке.
7. Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами. Взаимодействие дислокаций с примесными атомами. Атмосферы Котрелла. Атмосферы Снука. Атмосферы Сузуки. Взаимодействие дислокаций с вакансиями и межузельными атомами.
Происхождение дислокаций. Сетки дислокаций. Размножение дислокаций при пластической деформации. Источник Франка-Рида.
8. Теоретическая и реальная прочность твердых тел. Пластические свойства кристаллических твердых тел. Кристаллографическая природа пластической деформации. Закон Шмида и Боаса. Теоретическая и реальная прочность кристалла. Хрупкое разрушение. Теория Гриффитса. Временная прочность твердых тел. Пути повышения прочности твердых тел. Изготовление бездефектных кристаллов. Максимальное искажение внутренней структуры.
9. Упрочнение. Теория упрочнения металлов.
10. Ползучесть металлов и сплавов. Три стадии ползучести. Анализ кривых ползучести. Структурные изменения в процессе ползучести. Энергия активации стадии установившейся ползучести. Значение энергии активации при ползучести. Теории ползучести. Механизм Наборро-Херринга. Теория возврата. Теория ползучести Виртмана. Третья стадия ползучести – начало разрушения. Ползучесть сплавов. Способы повышения сопротивления ползучести. Сверхпластичность.
Усталость материала. Основные понятия усталостных явлений. Соотношение Гудмэна и зависимость Гербера. Напряжения при циклическом нагружении. Диаграмма усталости Велера. Малоцикловая усталость. Зависимость Мансона. Кинетика усталостных явлений. Теория зарождения усталостных трещин. Структурные изменения в процессе усталости. Полосы скольжения. Экструзия и интрузия. Микротрещины. Физические параметры усталости. S - N кривые при усталости. Распространение усталостных трещин. Усталостные процессы на практике.
11. Внутреннее трение материала. Методы измерения внутреннего трения. Связь между различными мерами.
Основные экспериментальные результаты исследований внутреннего трения. Амплитудная зависимость. Зависимость от времени. Частотная зависимость. Температурная зависимость. Макроскопическая теория внутреннего трения. Теория реологических явлений (модель Максвелла, модель Фогта, модель Зинера, модель Алфрея-Кобеко). Термодинамическая теория. Линейные колебания. Резонансные потери. Релаксационная и гистерезисная потери. Внутреннее трение, обусловленное точечными дефектами структуры. Диффузия одиночных вакансий. Эффекты, обусловленные атомами внедрения и замещения. Внутреннее трение, обусловленное протяженными дефектами. Модель колеблющейся струны. Внутреннее трение, связанное с переползанием дислокаций. Возврат внутреннего трения. Внутреннее трение при фазовых превращениях.
12. Практические вопросы прочности и пластичности. Старение металлических сплавов. Основные современные представления о процессах старения металлических сплавов. Спинодальный распад. Роль дефектов кристаллического строения в процессе старения. Некоторые основные закономерности изменения структуры и свойств при старении сплавов. Динамическое старение металлических сплавов.
2.4. Практические (семинарские) занятия на тему: Точечные дефекты. Дислокации.
3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний
3.1. Контрольные работы – не предусмотрены.
3.2. Список вопросов для промежуточного тестирования – не предусмотрено.
3.3. Самостоятельная работа
Самостоятельная работа включает в себя теоретическую подготовку по рекомендованной литературе, приведенной в конце данной программы.
Выявление информационных ресурсов в научных библиотеках и сети Internet по направлениям содержания программы.
3.3.1. Поддержка самостоятельной работы:
- Список литературы и источников для обязательного прочтения.
- Список периодических журналов для подготовки аспиранта по специальности 01.04.07 «Физика конденсированного состояния», имеющихся в библиотеке и на кафедре ФТТиНС СамГУ и полнотекстовые базы данных и ресурсы, доступ к которым обеспечен из кампусной сети СамГУ (сайт научной библиотеки СамГУ, URL: http://weblib. *****/level23.html):
1. Физика металлов и металловедение (ФММ) с 1963 г.
2. Поверхность с 1984 г.
3. Успехи физических наук (УФН) с 1922 г.
4. Журнал технической физики (ЖТФ) с 1990 г.
5. Письма в журнал технической физики (ПЖТФ) с 1982 г.
6. Журнал теоретической и экспериментальной физики (ЖЭТФ) с 1970 г.
7. Письма в журнал теоретической и экспериментальной физики (ПЖЭТФ) с 1970 г.
8. Физика и техника полупроводников с 1973 г.
9. Металлы с 1974 г.
10. Известия РАН. Серия физическая с 1936 г.
11. Физика и химия обработки материалов (ФХОМ) с 1974 г.
12. Физика твердого тела (ФТТ) с 1970 г.
13. Полнотекстовая БД диссертаций РГБ.
14. Научная электронная библиотека РФФИ (Elibrary).
15. БД издательства ELSEVIER
16. Oxford University Press
17. Университетская библиотека ONLINE
18. Университетская информационная система Россия
3.3.2. Тематика рефератов – не предусмотрена.
Итоговый контроль проводится в виде экзамена кандидатского минимума.
4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ
Программы пакета Microsoft Offiсe; ВидеоТест-Размер 5.0; DIFWIN1.
Сайт научной библиотеки СамГУ, с доступом к электронному каталогу и полнотекстовым базам данных – URL:
http://weblib. *****/level23.html
5.Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты)
не предусмотрены.
6. Материальное обеспечение дисциплины
Компьютерные классы университета, кафедры, оснащенные возможностью выхода в Интернет и в локальную сеть Самарского государственного университета, а также принтеры, сканеры и ксероксы.
7. Литература
7.1. Основная
1. Физика твердого тела: лабораторный практикум. В 2-х т. / под ред. проф. . Том. 1. Методы получения твердых тел и исследования их структуры. – М.: Высшая школа, 2001, 364 с.
2. Павлов, твердого тела: учеб. – 3-е изд., стер. / , . - М.: Высшая школа, 2000. – 496 c.
3. Механическое поведение конструкционных материалов. – Долгопрудный: Издательский дом Интеллект, 2011. – 504 с.
4. Орлов, в теорию дефектов в кристаллах: учебное пособие / . – М.: Высшая школа, 1983. – 144 с.
5. Новиков, кристаллического строения металлов: учебное пособие для вузов / . - М.: Металлургия, 1983. – 232 с.
6. Физикохимия поверхности : [учебник-монография для ун-тов] / .— Долгопрудный [М.] : Интеллект, 2008 .— 568 с. : ил. — ISBN -00экз.).
6. Фридель, Ж. Дислокации / Ж. Фридель. - М.: Мир, 19с.
7. Коттрелл, и пластическое течение в кристаллах / . - М.: Металлургиздат, 1958. – 96 с.
8. Гуревич, твердого тела: Учебное пособие для вузов / ; - ФТИ им. РАН. – САб.: Невский Диалект; БХВ–Петербург, 2004 – 320 с.
9. Винтайкин, твердого тела. Учебное пособие. / – М.: МГТУ, 2006. – 360 с.
10. Физика металлов. Раздел: Физические свойства металлов и сплавов. Лабораторный практикум // МИСиС. – Москва, 2000.
11. , , Турчин физики твердого тела: Учеб. пособие для вузов. - М.: Издательство Физико-математической литературы, 2001.
12. Пластическая деформация металлов/пер. с англ. Под ред. д. ф.-м. н. - М.: Мир, 1972.
13. , Головин трение и структура металлов. М.: Металлургия, 1986
14. Владимиров природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984.
15. Золоторевский свойства металлов. М.: Металлургия, 1983.
16. , , Воронцов основы пластической деформации. М.: Металлургия, 19с.
17. Фавстов высокодемпфирующих сплавов/ Под ред. . - М.: Металлургия, 1980.
18. Кацнельсон. А. Введение в физику твердого тела.- МГУ, 1984.
19. и др. Физические свойства металлов и сплавов. Под. ред. – М.: Металлургия, 1980.
20. Постников трение в металлах. – М.: Металлургия, 1974.
21. , , Фальденко обработка и массоперенос в металлах при низких температурах. Киев: Наукова Думка, 1991.
22. Вакс взаимодействия и связь в твердых телах. – М.: Физматлит, 2002
7.2. Дополнительная литература
1. Косевич, в теории упругости / . - Киев: Наукова Думка, 1978. – 220 с.
2. Лихачев, в теорию дислокаций / , . - Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. – 183 с.
3. Хоникомб, Р. Пластическая деформация металлов / Р. Хоникомб; под ред. д. ф.-м. н. . - М.: Мир, 1972. – 408 с.
4. Хирт, ДЖ. Теория дислокаций / ДЖ. Хирт, И. Лоте; под ред. и . - М.: Атомиздат, 1972. – 600 с.
5. Вишняков, упаковки в кристаллической структуре / . - М.: Металлургия, 1970. – 215 с.
6. Васильев, в металлах и сплавах / . – Л.: ЛДНТП, 1963, 100 с.
7. Ван Бюрен Дефекты в кристаллах / Ван Бюрен. – М.: ИЛ, 1962. – 584 с.
8. Судзуки, Т. Динамика дислокаций и пластичность / Т. Судзуки, Х. Есинага, С. Такеути. – М.: Мир, 1989. – 296 с.
9. . Физика твердого тела. М.: Мир, 1991.
10. Кан металловедение. – М.: Мир, 1967.
11. , Рахштадт . М.: Металлургия, 1989.
12. Лариков основы прочности и пластичности металлов. - М.: Металлургиздат, 1963.
13. Кристаллография и дефекты в кристаллах М.: Мир, 1967.
14. , Баранов . – M.: Металлургия, 1970.
15. , , Расторгуев. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. – М.: Металлургия, 1982.
16. Бернштейн обработка металлов и сплавов. – Т.1. М.: Металлургия, 1968.
17. , , Елагин и термообработка цветных металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1981.
18. , Погодин- и др. Металловедение: Учебное пособие для машиностроит. вузов. – 2-е перераб. изд. – М.: Оборонгиз, 1956.
19. Металлофизика/Пер. с нем. под ред. – М.: Мир, 1971.
20. , Глазер металлов и материаловедения, 1955.
21. Богомолова металлография. – М.: Высшая школа, 1978.
22. Гуляев . – М.: Металлургия, 1977.
23. Физика твердого тела: Спецпрактикум/ , , и др.; Под общ. ред. и . - М.: МГУ, 1982.
24. Розенберг металлов. – М.: Металлургия, 1967.
25. Усталостное разрушение металлов. – М.: Металлургия, 1976.
7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
1. , . Залечивание трещин лазерным излучением. Самара: Изд-во «Самарский университет». 19с., 1,5 усл. печ. л., тираж 100 экз.
2. , . Физические свойства кристаллов. Самара: Самарский университет, 200с.
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
за___________/___________учебный год
В рабочую программу курса ОД. А.09, «ФИЗИКА ПРОЧНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ», цикл ОД. А.00 «Дисциплины по выбору аспиранта» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли по отрасли Физико-математические науки, специальность 01.04.07 – Физика конденсированного состояния, вносятся следующие дополнения и изменения:
