Введение к работе
1. Актуальность темы.
Проблема Формирования механических свойств конструкционных материалов, так же как и проблема конструкционной прочности в различной постановке оставалась одной из центральных на всех этапах развития физики и механики прочности,инженерного материаловедения и технологии обработки материалов. Различия в методологии исследования, различное понимание закономерностей и кинетики деформации и разрушения конструкционных материалов и неадекватность их математического и физического описания концепциями различных уровней часто приводит к противоречиям и ошибочным выводам.
Принципиально, наука об управлении механическими свойствами и проектировании материала для работы в изделии или по его конструкционной прочности, должна решать три основных задачи:
описание физических механизмов деформации и разрушения:
разработка эффективных подходов для прогнозирования механических характеристик:
исследование технологических процессов по созданию материалов с заданным уровнем Физико-механических свойств для определенной сферы применения.
Использование Феноменологического подхода в механике сплошной среды Физически и математически вполне корректно, однако он пригоден только для анализа интегральных свойств макрооднороднои среды. Многочисленные попытки связать теорию дислокаций и механику сплошной среды не были успешными - использование аппарата классической теории дислокаций оказалось малоэффективным на стадии развитой пластической деформации. Встретившиеся трудности имеют принципиальный характер. Для их преодоления потребовался коренной пересмотр теории, дополнение ее качественно новыми идеями и представлениями.
В этой связи весьма перспективным является проведение систематических исследований эволюции дефектных структур на мезоуров-не и связь их с синергетическими представлениями о прочности и пластичности с разработкой новых экспериментальных методик и компьютерного моделирования.
Исследования выполнены на примере сталей типа 18-8, которые являются базовыми в атомной и термоядерной энергетике. Важность проблемы определяется тем, что к сталям типа 18-8 предъявляется целый комплекс противоречивых требований - по химическому составу, газопроницаемости, механическим свойствам, термической ста-
бшіьности.
Из всего вышесказанного следует, что данная работа, направленная на разработку методики оценки конструкционной прочности поликристаллических материалов на мезоуровне, компьютерного моделирования Физический механизмов деформации является актуальной. 2. Цели работы:
-
Разработка комплексной расчетно-экспериментальной методики оценки конструкционной прочности поликристаллических материалов как явления, определяемого устойчивостью и самоорганизацией диссипативных структур при различных условиях нагружения.
-
экспериментальное исследование конструкционной прочности новой, высокочистой по неметаллическим включениям стали 01Х18Н14 С а.с.N-93012880402) в сравнении со сталью 12Х18Н10Т промышленной выплавки.
В соответствии с поставленными целями были определены сле-душие задачи:
-
Обобщение и систематизация научных исследований о принципах конструирования поликристаллических материалов, связь механических свойств с закономерностями развития деформационных дефектов при пластической деформации.
-
Экспериментальное исследование процессов пластической деформации на основе представления модели деформируемого материала, как многоуровневой иерархической диссипативной системы.
-
Сравнение по конструкционной прочности двух исследуемых сталей - 12Х18Н10Т открытого переплава и 01Х18Н14 после двойного вакуумного переплава.
Основные результаты и новизна заключаются в том, что развиваемые в работе представления позволяют предложить новую методологию исследования пластической деформации поликристаллических материалов и сформулировать рекомендации по созданию материалов с высокими характеристиками прочности и пластичности. Конструкционная прочность модельных и технологических материалов представляется как внутренняя реакция материала на условия нагружения и определяется как кинетическая характеристика в неразрывном единстве развития диссипативных структур на стадии технологической обработки и эксплуатационного воздействия. Поликристаллический материал рассматривается как сильнонеравновесная система, в которой в процессе технологической обработки закладывается различная потенциальная мера развития диссипативных процессов.
Многомасштабный характер развития пластических деформаций установлен на основе синергетического подхода с использованием
понятий диссипативной структуры, представлений качественной теории динамических систем (структурная устойчивость, фазовая диаграмма, бифуркация, аттрактор}, теории катастроф С странный аттрактор, динамический хаос, катастрофах Показано, что эволюция динамических диссипативных структур в процессе деформации сопровождается проявлением признаков развития - синхронизацией. стохас-тичностью, самоорганизацией, выступающими как принципы Формирования механических свойств. Введено понятие коэффициента синхронизации. Через спектральные характеристики локальных пластических деформаций рассмотрено явление масштабной инвариантности и определено понятие представительского объема. Моделирование процессов деформирования в динамической и статистической постановке выявило принципиально новые закономерности взаимодействия трансляционных и поворотных мод деформации.
Исследуемая сталь 01Х18Н14 двойного вакуумного переплава защищена авторским свидетельством .
В научном плане результаты работы представляют интерес как обобщение и дальнейшая разработка вопросов механики развитой пластической деформаций на мезоуровне в синергетической постановке, что позволяет представить логически непротиворечивую и согласующуюся с экспериментом модель процесса. Исследования закономерностей развития пластических деформаций на двух исследованных материалах могут быть использованы при конструировании материалов с заданным комплексом механических свойств. По топологической эквивалентности фазовых и бифуркационных диаграмм можно судить об адекватности процессов при различных условиях нагружения и в результате - прогнозировать конструкционную прочность материала или решать вопросы диагностики состояний.
-
Достоверность результатов обеспечивается тщательным анализом состояния исследуемых вопросов, выбором экспериментальных методик, адекватно отражаицих деформационные явления в материале при нагружении и технологической обработке, сквозным применением методов математического планирования, корректностью математических выкладок, применением математически обоснованных численных методов при исследовании моделей.
-
основные положения, выносимые на защиту.
-
Методика оценки конструкционной прочности, проведенная методом математического планирования эксперимента по статистической значимости факторов в одноименном факторном пространстве.
-
Разработка и исследование принципов формирования механических свойств - синхронизация, стохастичность, самоорганизация.
принцип масштабной инвариантности, понятие представительского объема. 3. Моделирование кинетики пластической деформации на мезоуровне, в результате чего устанавливается
принципиальная возможность самозарождения и развития локализованных структур в деформируемых поликристаллах:
количественные закономерности взаимодействия структурный уровней;
связь принципов синхронизации и стохастичности.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Межгосударственном семинаре "Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов" С Псков, 1993г., Белгород, 1995г., 1997г.), I Международная конференция "Актуальные проблемы прочности" (Новгород, 1994г.), областная научно-практическая конференция "Актуальные вопросы образования, науки, техники" С Псков, 1995г.), на XXXII семинаре "Актуальные проблемы прочности" (С-Петербург, 1996г.), International Warksshop on new approaches to Hl-Tech Materials 97. NDTCS-97, St-Petersburg, 1997. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Так же материалы представлены в виде тезисов докладов на всероссийских и международным конференциях и совещаниях. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, приложений и списка цитируемой литературы, содержащего. ///^ Объем диссертации составляет /w страниц, включая//, таблиц и ^J. рисунков.