Введение к работе
з
Актуальность работы.
Создание надежных, прочных конструкций, работающих в условиях постоянных физических и химических воздействий, является на сегодняшний день наиболее актуальной научно-технической задачей. Для ее решения созданы различные численные методики по прогнозированию прочности и долговечности конструкций. Как правило, после обработки, в результате пластической деформации в материале будущей детали возникает анизотропия механических свойств. Даже незначительные отличия в свойствах в разных направлениях из-за концентрации напряжений могут влиять на напряженно-деформированное состояние материала при определенных видах нагружения. Стандартными испытаниями предусмотрено определение прочностных характеристик только в каком-либо одном направлении материала будущей детали, по которому судят обо всей прочности детали. Однако известно, что рабочие нагрузки очень часто прикладываются в направлениях, в которых механические свойства этого материала не определялись.
Исследование влияния анизотропии механических характеристик материалов на их деформационное поведение при динамическом нагружении позволит точнее прогнозировать разрушение деталей в узлах и конструкциях, повысив эксплуатационную возможность, и увеличить долговечность деталей.
Цель диссертационной работы: исследование особенностей и закономерностей процессов деформирования и разрушения материалов с различной степенью анизотропии механических свойств при динамических нагрузках методами численного моделирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Проведен сравнительный анализ деформирования и разрушения преград из материалов, характеризующихся высокой степенью анизотропии механических свойств, с применением метода усреднения Фогта-Рейса-Хилла и без усреднения.
-
В рамках поставленной цели исследования деформирования и разрушения анизотропных материалов при динамическом нагружении проведен сравнительный анализ упругопластического поведения и разрушения преград из материалов с учетом и без учета анизотропии упругих, пластических и прочностных характеристик.
-
Представлено исследование влияния направления механических характеристик анизотропных материалов относительно направления нагружения на деформирование и разрушение преград из данных материалов.
-
Проведен сравнительный анализ результатов расчетов моделирования деформирования и разрушения преград из анизотропных материалов с применением изотропного деформационного и анизотропного в напряжениях критериев разрушения.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Результаты исследования влияния усреднения механических характеристик сильно анизотропных материалов на расчеты деформирования и разрушения преград из таких материалов при различных скоростях нагружения.
-
Сравнительный анализ результатов расчетов моделирования деформирования и разрушения преград из анизотропных материалов со сниженными механическими свойствами по толщине и изотропных материалов.
-
Результаты моделирования динамического нагружения преград из материалов с различным направлением механических свойств относительно направления нагружения ударниками различных форм.
4. Особенности разрушения анизотропных материалов преград при применении деформационного изотропного и анизотропного в напряжениях критериев разрушения для численного моделирования динамического нагружения преград.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: на Всероссийской конференции по математике и механике (Томск, 2008 г.), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008 г.), IX Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Кемерово, 2008 г.), Международной конференции XI Харитоновские чтения «Экстремальные состояния вещества. Детонация. Ударные волны» (Саров, 2009 г.), V Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2009 г.), Всероссийской конференции «Современная баллистика и смежные вопросы механики», посвященной 100-летию со дня рождения профессора М.С. Горохова - основателя Томской школы баллистики (Томск, 2009 г.), XV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2009, 2010 гг.), Международной конференции по физической ме-зомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск,
2009 г.), Всероссийской конференции молодых ученых «Неравновесные процессы в
сплошных средах» (Пермь, 2009 г.), VII Всероссийской научной конференции «Матема
тическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2010 г.), VII Международной кон
ференции «Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике» (Новосибирск,
2010 г.).
Достоверность результатов, представленных в настоящей работе, обеспечена тестированием численного алгоритма, анализом результатов численного моделирования и их согласием с имеющимися экспериментальными данными, результатами, полученными другими авторами, а также использованием известных, апробированных численных алгоритмов.
Научная и практическая значимость работы:
Работа выполнялась в очной аспирантуре Института физики прочности и материаловедения СО РАН в соответствии с планом работ по госбюджетному финансированию РАН, по проекту 3.6.1.2 программы фундаментальных исследований СО РАН, по проекту 320.1.2 программы фундаментальных исследований СО РАН, программы Президиума РАН, проект 12.4, также работа получила поддержку Российского фонда фундаментальных исследований (2008-2009гт., грант № 08-08-90008-Бел_а).
Полученные в работе результаты дают более подробные представления о поведении анизотропных материалов в условиях ударного нагружения для случаев упру-гопластического деформирования и разрушения. Показано, что для металлов и сплавов при ударном нагружении учет анизотропии упругих, пластических и прочностных свойств материала меняет картину напряженно-деформированного состояния преграды.
. Личный вклад автора заключается в проведении и анализе расчетов численного моделирования разрушения транстропных и изотропных преград при различных геометрических и кинематических параметрах нагружения. Автором диссертационной работы сделана обработка полученных результатов и сформулированы основные научные положения и выводы. Все работы, опубликованные в соавторстве, выполнены при личном участии Туч Е. В.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 5 разделов и заключения, в котором приведены основные результаты и выводы. Общий объем диссертации 180 страниц, включая 73 рисунка, 7 таблиц, 188 библиографических ссылок.
Похожие диссертации на Моделирование разрушения материалов с высокой и низкой степенью анизотропии механических свойств
