Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время Социалистическая Республика Вьетнам уверенно идёт по пути развития экономики и прикладной науки. Современная техника предъявляет высокие требования к эксплуатационным свойствам деталей машин и технологии машиностроения. Механика деформируемого твердого тела создает научно-методологическую основу для решения многих технических задач машиностроения как важнейшей отрасли экономики страны.
Возрастающие требования к эксплуатационным свойствам деталей, получаемых методами пластического деформирования, требуют включения в число технологических параметров, наряду с механическими характеристиками, структурных характеристик деформируемых материалов, влияющих на эксплуатационные свойства готовых деталей. К структурным параметрам, существенно влияющим на качество и эксплуатационные свойства обрабатываемых давлением деталей, относятся в первую очередь характеристики поврежденности материала микродефектами деформационного происхождения.
Известно, что основным физическим механизмом повреждаемости металлов при конечных пластических деформациях является порообразование. Экспериментально установлено, что рост и коалесценция пор в условиях пластической деформации описываются их пластической дилатансией - необратимым изменением их объема. Определяющие соотношения современной механики повреждаемости строятся на подобном эффекте дилатансии пор (как мезоэлементов деформируемого материала). Поэтому исследование и моделирование повреждаемости материала в процессах пластического деформирования с учетом изменения объема пор является актуальным.
Исследованию процессов пластического деформирования с использованием концепции повреждаемости посвящены работы российских ученых: Л.М. Качанова, Ю.Н. Работнова, В.В. Новожилова, С.И. Губкина, В.Л. Колмогорова, В.Е. Панина, В.В. Болотина, С.Д. Волкова, И.А. Кийко, Р.А. Васина, С.А. Шестерикова, М.А. Юмашева, В.Н. Кукуджанова, Р.В. Гольдштейна, Ю.Г. Коротких, Ю.Н. Радаева, Г.Д. Деля, А.А. Богатова, В.А. Огородникова, В.В. Дудукаленко и др. и зарубежных ученых Ч. Чена, С. Кобояши, Ф.А. Макклинтока, А.Л. Гурсона, Д. Крайчиновича, К.Г. Гамильтона, Дж.А. Ламетре, В. Твергарда, Н.Л. Зунга, М.Г. Крокрофта, А. Нидлемана Д.Ж. Латама и др. Однако многие сложные вопросы механики пластической повреждаемости остаются недостаточно изученными. К ним относятся процессы пластического деформирования материала при сжимающих нагрузках (пластическое сжатие, выдавливание). Экспериментальные исследования показывают сильное влияние сжимающего гидростатического напряжения на залечивание дефектов и снижение уровня повреждаемости материала по сравнению с процессами при растягивающих напряжениях.
Таким образом, анализ и моделирование повреждаемости в процессах пластического сжатия являются актуальной научной задачей. Следует также отметить, что решение этой задачи требует изучения закономерностей изменения объема пор в зависимости от напряженно-деформированного состояния (НДС).
Цель работы. Исследование и моделирование повреждаемости материала в процессах пластического сжатия на основе дилатансионной модели на мезоуровне вследствие роста и коалесценции пор.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследований:
1. Сформулированы определяющие соотношения для анализа повреждаемости материала при пластическом сжатии.
2. Проведены экспериментальные исследования по определению материальных функций пластической дилатансии для малоуглеродистой стали.
3. Установлены закономерности изменения объема пор от накопленной деформации (параметра Одквиста) и приведенного гидростатического давления (отношения линейного инварианта напряжений к интенсивности напряжений) при пластическом сжатии.
4. Получены зависимости деформационной повреждаемости цилиндрических образцов от степени деформации и приведенного гидростатического давления.
5. Проведено моделирование процессов пластического сжатия повреждаемого материала с использованием программного комплекса DEFORM 3D.
Методы исследования. Исследования выполнены на базе основных положений теории пластичности и механики повреждаемости. Материальные функции изменения объема пор малоуглеродистой низколегированной стали при ее пластическом сжатии определены с использованием современной экспериментальной техники, включая оптическую и электронную микроскопию деформированной структуры материала. Конечно-элементное моделирование процесса пластического сжатия материала с учетом его повреждаемости проведено с использованием экспериментально установленных материальных функций.
Автор защищает:
- основные соотношения, описывающие процесс пластического сжатия материала с учетом его повреждаемости;
- результаты экспериментального исследования материальных функций изменения объема пор материала вследствие их роста и коалесценции;
- зависимости повреждаемости от текущей деформации и гидростатического напряжения при сжатии цилиндрических образцов;
- результаты моделирования процессов пластического сжатия и обратного выдавливания повреждаемого материала.
Научная новизна. Установлены закономерности развития повреждаемости при пластическом сжатии материала на основе дилатансии пор, позволяющие оценивать предельные деформации в зависимости от НДС.
Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по прогнозированию деформационной повреждаемости и расчету предельного формоизменения материала в процессах пластического сжатия.
Реализация работы. Рекомендации по расчету процесса пластического сжатия малоуглеродистой и низколегированной стали с учетом деформационной повреждаемости приняты к использованию в опытном производстве ОАО «Тульский научно-исследовательский технологический институт». Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе по направлению 150400 «Строительство» при подготовке магистров по дисциплинам «Прикладная теория пластичности и ползучести», «Механика поврежденных сред», а также в научно-исследовательской работе студентов.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-практической конференции ТулГУ (г. Тула, 2010, 2011, 2012 гг.); Межрегиональной научно-технической конференции «Техника ХХI века глазами молодых ученых и специалистов» (г. Тула, 2010, 2011 гг.).
Публикации. Материалы проведенных исследований отражены: в 4 статьях изданий, рекомендованных ВАК для опубликования на соискание ученой степени кандидата технических наук, в 4 докладах научно-технических конференций. Общий объем – 2,9 печ. л., авторский вклад – 1,9 печ. л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 114 наименований, приложения и содержит 115 страниц машинописного текста, включая 53 рисунка и 5 таблиц.
