Эшелби, Джон

Эшелби родился в Паддингтоне (Чешир). Был сыном капитана Алана Джона Эшелби и Фиби Мейсон-Хатчинсон. Получил образование в Истборне на юге Англии. В 13 лет заболел ревматической лихорадкой и год провёл в постели. Болезнь оставила серьёзные последствия для сердца, и его здоровье всегда оставалось слабым. Из-за этого вместо престижной школы-интерната Чартерхаус он получал среднее образование у частных репетиторов, в основном у школьного учителя и приходского священника в Фаррингтон-Гурни (Сомерсет), куда переехала его семья. Эшелби привык учиться самостоятельно и проявил особый интерес к языкам и естественным наукам.

Несмотря на нерегулярное образование, он поступил на физический факультет Бристольского университета, который окончил с отличием в 1937 году. Затем работал в лаборатории Г. У. Б. Скиннера и В. Саксмита в том же университете, занимаясь магнетизмом и рентгеновской спектрографией твёрдых тел.

Его учёба была прервана началом Второй мировой войны. Из-за проблем со здоровьем Эшелби не служил на фронте. Сначала он работал в Адмиралтействе над размагничиванием кораблей, а с 1940 года — в техническом отделе Королевских ВВС. В 1941—1942 годах работал в подразделении береговой охраны, проводя испытания радаров класса «воздух-земля». Оставшуюся часть военной карьеры он провёл в радиолокационной службе. В 1945 году перешёл в историческую службу для составления военных отчётов и был демобилизован в 1946 году в звании командира эскадрильи.

После войны Эшелби вернулся в Бристоль, где в 1950 году получил докторскую степень под руководством Невилла Мотта и Чарльза Франка. В отличие от довоенного периода, он решил писать диссертацию по теоретической физике, самостоятельно изучив прикладную математику и теоретическую физику во время войны. Под руководством Франка Эшелби познакомился с зарождающейся теорией кристаллических дислокаций. Его первые статьи были посвящены проблеме подвижности дислокаций. Он заложил основы для последующих теоретических и экспериментальных разработок, указав на невозможность превышения этими дефектами скорости звука.

В 1951 году он переехал в Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне для работы с У. Т. Ридом, Фредериком Зейтцем и Уильямом Шокли. Там он работал над развитием электромагнитной аналогии в твёрдых телах — математического аспекта уравнений, описывающих поведение твёрдых тел, что позволяло применять к ним методы релятивистской электродинамики. Он также изучал точечные дефекты в твёрдых телах, предложив первое теоретическое описание их взаимодействий и влияния на макроскопические свойства материалов.

Преждевременная смерть отца в 1952 году вынудила его вернуться в Англию в 1953 году. В 1954 году он был нанят преподавателем на кафедру металлургии Бирмингемского университета, которую тогда возглавлял Алан Коттрелл. В этот период он сделал свои наиболее значимые открытия. Он исследовал возможные термомеханические эффекты в пластичности, доказав их маловероятность. Эшелби разработал континуальную теорию дислокаций и заложил основы тензора Эшелби — связи между энергией и внутренним моментом в твёрдых телах. Он также разработал теорию пластического включения и неоднородности в статье, которая остаётся одной из 100 самых цитируемых научных статей в истории. Разработанная им методология заложила основы современной механики твёрдого тела.

Эшелби был очень закрытым и скромным человеком. Он избегал привлечения внимания к себе и не интересовался накоплением наград или административных обязанностей, что негативно сказалось на его академической карьере. Не получив в 1963 году должность профессора в Бирмингеме (должность досталась Рэймонду Смоллману), он разочаровался в перспективах и в 1964 году принял должность приглашённого профессора на физическом факультете Кембриджского университета, которым тогда руководил его бывший научный руководитель Невилл Мотт. Он был избран членом Черчилль-колледжа, где проживал в 1964—1965 годах.

Чувствуя себя некомфортно в Кембридже из-за большой учебной нагрузки и недостаточной поддержки исследований, в 1966 году он покинул свой пост и принял должность доцента в Шеффилдском университете, где работали его коллега Брюс Билби и бывший аспирант Алан Стро. В 1971 году он был назначен профессором на кафедре металлургии этого университета, где проработал до конца жизни. В Шеффилде он заинтересовался проблемами механики разрушения. Его механистический подход и использование тензора Эшелби сыграли решающую роль в установлении энергетических балансов, управляющих распространением трещин. Он обобщил большую часть своих предыдущих работ и начал изучать жидкие кристаллы. В 1974 году он был избран членом Лондонского королевского общества, будучи признанным крупнейшим мировым авторитетом в механике твёрдого тела. В 1977 году он был награждён медалью Тимошенко — высшей наградой в своей области.

Эшелби никогда не был женат и жил скромно, часто путешествуя для встреч с семьёй или посещения других университетов. Хотя он не был увлечённым преподавателем, он тщательно готовил свои лекции. Он был полиглотом и говорил на русском, французском, итальянском, испанском, латыни, греческом, санскрите и китайском языках. Страдая от проблем с сердцем, он скоропостижно скончался в 1981 году в возрасте 65 лет.

Работы Эшелби отличаются математической строгостью и практической значимостью для материаловедения и инженерии. Его идеи оказали длительное влияние на различные области, включая материаловедение, машиностроение и геофизику. Его труды широко цитируются и служат основой для многих современных исследований.

Три основных научных вклада Эшелби:

1. Проблема включения Эшелби: Эшелби первым определил концепцию пластического включения как области материальной среды, подверженной внутреннему преобразованию. В 1957 году он разработал фундаментальное решение проблемы эллипсоидального включения в бесконечной упругой среде. Эта работа имеет решающее значение для понимания поведения композитных материалов, сплавов и разломов, и находит применение в сейсмологии, геофизике и материаловедении^[3].
2. Тензор Эшелби: Он ввёл концепцию тензора Эшелби — математической конструкции, описывающей, как включение или дефект изменяет поле напряжений внутри материала. Этот тензор является краеугольным камнем в изучении микромеханики и поведения гетерогенных материалов^[4].
3. Теоретические разработки по дислокациям^[5][6] и трещинам^[7]: Эшелби внёс значительный теоретический вклад в понимание поведения дислокаций и трещин в материалах. Его работы по энергетическому балансу^[7] и механике^[5] этих дефектов сыграли важную роль в механике разрушения^[8] и кристаллографии.

Работы Эшелби имели фундаментальное значение для математического развития теории дислокаций. Он определил дислокации как фундаментальную единицу пластической деформации и обобщил их на другие типы дефектов, что привело к созданию теории пластического включения. Его труды стали основой для математического описания деформации и разрушения кристаллических твёрдых тел и оказали глубокое влияние на инженерию, геофизику и сейсмологию.