Введение к работе
Актуальность работы. Вопросы создания надежных инженерных методов прогноза механического поведения материалов новых поколений, в том числе и объектов, обозначешіьгх в современной научной литературе как интеллектуальные материалы, разработка методов их испытаний при сложных термомеханических режимах воздействия входят в основные приоритеты научно технического прогресса. Яркими представителями названных материалов являются сплавы, способные к обратимым термоупругим превращениям и обладающие эффектом памяти формы (ЭПФ). В настоящее время выявлено большое количество материалов, в которых наблюдаются ЭПФ. На физическом уровне исследований подробно изучены основные механизмы формирования большого количества разнообразных свойств, инициированных фазовыми превращениями мартенситного типа. Среди них такие деформационные проявления как эффекты пластичности превращения, памяти формы, многократнообратимой и реверсивной памяти формы, эффект деформации ориентированного превращения, явления генерации и релаксации реактивных напряжений и др. Известны впечатляющие примеры создания принципиально новых инженерных решений и технологий, основанных на использовании новых физических принципов, обусловленных применением материалов с ЭПФ. Например, разработка уникальной технологии сборки крупногабаритных стержневых конструкций в открытом космосе (эксперимент "Софора") и многие другие. В то же время отсутствуют систематические экспериментально-теоретические исследования механического поведения обсуждаемых материалов при сложном напряженно-деформируемом состоянии и нестационарных режимах термомеханического . воздействия. Имеется большое количество работ, посвященных изучению реактивных напряжений, однако они носят случайный характер, получены на основе различных методик и на разнородных объектах. Как правило, исследование ограничивается только оценкой максимальной величины реактивных напряжений без изучения кинетики всего процесса. Практически полностью отсутствуют сведения о влиянии вида напряженно-деформируемого состояния на процессы генерации и релаксации реактивных напряжений. В то же время данные по названным вопросам необходимы для формирования целостного представления в механике деформируемого твердого тела о таких важных с научной и практической стороны явлений как реактивные напряжения и эффекты памяти формы в условиях сложного напряженно-деформированного состояния.
Целью работы является выявление наиболее важных закономерностей механического поведения материалов с обратимыми мартенситными превращениями при реализации эффектов памяти формы, генерации и
релаксации реактивных напряжений в условиях вариации сложного напряженного состояния и режимов термомеханического воздействия.
Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи:
создание оригинальной компьютерно-экспериментальной методики исследования механического поведения материалов с ЭПФ;
выполнение систематических исследований деформационных свойств материалов с ЭПФ при сложных траекториях нагружения в пространстве напряжений, и вариациях исходного фазового состава;
выполнение систематических экспериментальных исследований
. кинетики генерации релаксации реактивных напряжений при
вариации режимов термомеханического воздействия и сложного напряженного состояния.
Научная новизна. В работе проведено систематическое исследование механических свойств, сопровождающих термоупругое мартенситное превращение в сплаве Ti50%Ni и Fel2%Mn при вариации термомеханических режимов нагружения и сложного напряженного состояния. Подробно исследованы:
влияние исходного фазового состава на'механическое поведение
; вышеобозначенных материалов при сложных траекториях нагружения в
пространстве напряжений; -закономерности формирования деформационных свойств при двухзвенных ортогональных траекториях нагружения с учетом вариации размеров каждого звена траектории нагружения;
циклические свойства при знакопеременной деформации и сложных
траекториях нагружения в пространстве напряжений;
влияние вида траектории нагружения на формирование циклически анизотропного упрочняющегося состояния с выходом на циклическую стабилизацию; .!>..
закономерности деформационных свойств материалов : с ЭПФ, возникающие при "нейтральных" траекториях нагружения.
Впервые в работе проведены систематические масштабные исследования закономерностей генерации и релаксации реактивных напряжений в зависимости от различных термомеханических факторов и вариации вида напряженно-деформированного состояния. При этом подробно исследовано влияние:
величины деформации противодействия;
вариации жесткости противодействия;
величины деформации свободного формовосстановления;
способа задания соответствующих компонент деформации противодействия;
траекторий деформирования в пространстве деформаций;
эффектов многократно обратимой памяти формы и деформации
температурного расширения на кинетику процессов генерации и
релаксации реактивных напряжений при сложном напряженное
состоянии.
Проведенные систематические исследования основывались на структурно-аналитической теории, которая позволила исследовать закономерности формирования нетривиальных термомеханических эффектов в условиях сложного напряженного состояния с учетом проявления тензорных свойств исследованных объектов.
Обоснованность научных положений, выводов и достоверность результатов обеспечена тщательной проработкой всех сторон экспериментальной методики, проведением контрольных экспериментов на других аналогичных установка, проверкой программы вычислений на тестовых режимах.
Практическая ценность. Созданная компьютерно-экспериментальная методика может использоваться в инженерной практике для прогноза и исследования механических свойств материалов с эффектом памяти формы при вариации термомеханических режимов нагружения' и сложного напряжённого состояния. Полученные в работе экспериментальные результаты могут использоваться для рекомендации по выбору материала и режимов термомеханического воздействия при проектироваїши конкретных изделий, содержащих элементы из материала с ЭПФ.
Апробация -работы.1 Основные результаты работы доложены и обсуждены на Межреспубликанском семинаре "Актуальные проблемы прочности" (г. Новгород, 1994 г.), на первой международной конференции "Актуальные проблему прочности" (г. Новгород, 1994 г.), на международной конференции " Технология 96" (г. Новгород, 1996 г.), на выездном заседании Головного Совета "Машиностроение" (г. Новгород, 1996 г.), на семинарах кафедры "Механика и физика прочности материалов и конструкций" Новгородского Государственный университета 1993 - 1996 г.
Публикации. Основное содержание диссертации и результаты исследований опубликованы в 10 статьях и 4 авторских свидетельствах. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 250 страницах и содержит 125 страниц машинописного текста, 200 рисунков, 2 таблиц и списка литературы из 90 наименований.