Внутреннее трение в твёрдых телах

ВНУТРЕННЕЕ ТРЕНИЕ в твёрдых телах, совокупность процессов, приводящих к рассеянию механической энергии, т. е. превращению ее, в конечном счете, в тепловую. Внутреннее трение обусловливает относительно небольшие отличия в поведении находящегося под нагрузкой реального упругого тела от модели идеально упругого тела (смотри Упругость). При квазистатическом упругом нагружении внутреннее трение проявляется в виде петли упругого гистерезиса на диаграмме растяжения и разгрузки образца, площадь которой пропорциональна превращённой в теплоту механической энергии. В динамических процессах внутреннее трение приводит к нагреванию колеблющихся или испытывающих ударные нагрузки деталей машин и является одной из причин затухания упругих свободных колебаний. Механизмы внутреннего трения недостаточно изучены. Качественное объяснение внутреннего трения связано с микронеоднородностью материала, например в металлах - с их зернистой структурой, отдельные зёрна которой представляют собой анизотропные кристаллики. В этом случае микронапряжения в некоторых зёрнах оказываются значительно больше средних микронапряжений, что приводит к появлению в этих зёрнах малых неупругих деформаций, обусловленных пластическим скольжением, и даже микротрещин. Ещё одной причиной внутреннего трения являются релаксационные процессы, в первую очередь - диффузия атомов примесей в кристаллической решётке.

Методами механики деформируемого твёрдого тела на основе экспериментальных данных построены феноменологические модели, позволяющие решать конкретные технические задачи. В основе этих моделей лежит экспериментально установленный факт, что величина внутреннего трения не зависит от скорости деформирования твёрдого тела, а зависит только от амплитудных значений деформации, а также условие, что силы внутреннего трения малы по сравнению с упругими силами. Самой простой моделью, качественно, в первом приближении объясняющей внутренние трения, является модель Кельвина - Фойхта, которая позволяет вывести уравнение, описывающее деформацию не вполне упругого тела (смотри Вязкоупругость).

Часто к внутреннему трению относят рассеяние энергии в неподвижных соединениях (заклёпочных, прессовых, шлицевых и др.) конструкций. В этом случае для расчётов конструкций используют методы, аналогичные методам, разработанным для учёта внутреннего трения в материале. Экспериментальные исследования внутреннего трения основаны на изучении колебательных процессов и ультразвуковых волн в упругих телах.

Лит.: Пановко Я. Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. М., 1960.