Введение к работе
Актуальность проблемы. Создание новых и совершенствование ;уществующих образцов техники и технологий требует надежной оценки ірочностньїх свойств машин и конструкций, работающих в условиях штенсивных, в том числе ударных нагрузок.
Физикой прочности и пластичности накоплен огромный ікспериментальньїи и теоретический материал о строении и структурных іроцессах в реальных материалах. Одновременно, в механике деформируемого вердого тела, имеющей хорошо разработанный аппарат для постановки и >ешения краевых задач определения напряженно-деформированного состояния материала, становится очевидным ограниченность феноменологического годхода. В настоящее время интенсивно развивается направление, основанное га стремлении синтезировать два вышеуказанных подхода. Теории, 'читывающие реальное строение материалов, должны основываться на :омпромиссе между адекватным описанием структурных процессов и ложностью модели. В связи с этим, из многообразия элементов структуры геобходимо выбирать те, которые оказывают определяющее влияние на іеформационное поведение.
Многочисленными экспериментальными исследованиями показано, что ажными дефектами структуры, определяющими релаксационные свойства и инетику разрушения реальных материалов, являются микросдвиги, шкротрещины - типичные дефекты мезоуровня. Так многочисленные груктурные исследования процессов высокоскоростного соударения указывают а определяющую роль в явлениях неустойчивости пластической деформации огласованного поведения ансамбля этих микродефектов. Эти закономерности вляются предметом изучения в настоящей работе.
Цель работы заключается в построении математической модели, писывающей основные черты формирования, развития неустойчивости и окализации пластической деформации при высокоскоростном соударении с четом нелинейного поведения ансамбля взаимодействующих микросдвигов.
Решение общей задачи включает:
-формулировку модели среды с микросдвигами для изучения влияния казанных дефектов на релаксационные свойства материалов в условиях ысокоскоростного соударения;
-построение численного алгоритма для моделирования неустойчивости ластического сдвига при высокоскоростном соударении;
-построение алгоритма и численное исследование автомодельных ікономерносгей процесса выбивания пробки, обусловленных особенностями янетики накопления микросдвигов;
-численное исследование формирования и распространения поле неустойчивости пластического сдвига как уединенных волн пластическс деформации;
-создание численного алгоритма моделирования вьісокоскоростної внедрения ударника в преграду;
-исследование механизмов неустойчивости и локализации пластическс деформации при высокоскоростном соударении ударника с преградой кг следствие ориентационно- кинетического перехода в ансамблях микросдвигов;
-исследование автомодельного характера неустойчивости пластическог сдвига при внедрении ударника в преграду.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
-развит подход к описанию неустойчивости и локализации пластическо деформации при высокоскоростном соударении с использованием тензорног структурного параметра, характеризующего объемную концентрацию преимущественную ориентацию микросдвигов;
-предложено объяснение формирования неустойчивости пластическог сдвига в плоских волнах нагрузки развитием кинетического перехода в систем микросдвигов, сопровождающегося резким изменением времени релаксації: напряжений;
-описано формирование и распространение полос неустойчивості пластического сдвига (адиабатического сдвига) как результата ориентационноп упорядочения в ансамбле дефектов;
-предложено объяснение автомодельного характера выбивания пробки обусловленного особенностями кинетики накопления микросдвигов;
-теоретически показана возможность существования уединенных волі пластической деформации в режимах высокоскоростного нагружения;
-описаны явления, связанные с неустойчивостью пластического сдвига прі высокоскоростном внедрении ударника в преграду;
-показано, что формирование локализованной сдвиговой неустойчивости прі высокоскоростном внедрении (выбивание пробки) является результате» ориентационно-кинетического перехода в ансамблях микросдвигов;
-объяснен асимптотический характер высокоскоростного внедренш особенностями нелинейной кинетики поведения системы микросдвигов.
Практическая значимость. Развитая модель твердого тела с дефектам! позволила объяснить ряд эффектов при деформировании и разрушение материалов при высокоскоростном нагружении, что открывает дополнительные возможности для проведения вычислительных экспериментов по оценке прочности конструкций при интенсивных воздействиях. Результаты диссертации могут быть использованы в научно-исследовательских и
сонструкторских организациях, где изучается влияние дефектов структуры на іеформационньїе свойства и разрушение материалов и конструкций в условиях іействия интенсивных ударных нагрузок.
Настоящая работа выполнялась в соответствии с планом работы института механики сплошных сред Уральского Отделения РАН по темам: №ГР 01.9.40 005629 "Структурно-кинетическое моделирование процессов сформирования и разрушения материалов с учетом фазовых переходов и іффекта локализации разрушения" (1994 -1995);
№ГР 01.960.011066 "Теоретическое и экспериментальное исследование іефектньгх структур мезоуровня и фазовых превращений с целью изучения акономерностей переходов от дисперсного к макроскопическому разрушению, іномалий пластичности; физики и механики субмикро - и нанокристаллических остояний" (1996 - 1997).
Достоверность результатов обуславливается использованием ібоснованньїх методов феноменологического описания статистических акономерностей поведения твердых тел, математического моделирования и исленного исследования полученных уравнений, численными экспериментами ю оценке сходимости алгоритмов, сопоставлением с имеющимися юследованиями других авторов, качественным и количественным оответствием результатов работы известным экспериментальным данным.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 17 ечатных работах.
Апробация работы. Основные результаты обсуждены на Всесоюзной онференции "Численная реализация физико-механических задач прочности" Горький, 1983г.), VII Всесоюзном симпозиуме по распространению упругих и пругопластических волн (Фрунзе, 1983г.), VIII Всесоюзной конференции по рочности и пластичности (Пермь, 1983г.), I Всесоюзной конференции Математическое моделирование: нелинейные проблемы и вычислительная атематика (Звенигород, 1988г.), XI Всесоюзной конференции по численным етодам решения задач теории упругости и пластичности (Волгоград, 1989г.), Іеждународной конференции по нелинейным явлениям в физике и механике зердых тел (Пермь-Москва, 1990г.), Международной конференции по иффузии и дефектам в твердых телах (Москва-Пермь, 1991г.), Іежрегиональной научно-технической конференции "Математическое оделирование систем и явлений" (Пермь, 1993г.), Второй Европейской энференции ЕВРОМЕХа по механике твердого тела (Генуя, 1994г.), Второй еждународной школе-семинаре по динамическим и стохастическим волновым злениям (Нижний Новгород, 1994г.), Первой международной конференции Актуальные проблемы прочности" (Новгород, 1994 г.), Международной энференции "Математическое моделирование процессов обработки атериалов" (Пермь, 1994г.), X Зимней школе по механике сплошных сред Іермь, 1995г.), XIV Международной конференции "Физика прочности и
пластичности материалов" (Самара, 1995г.), XI Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, 1997г.).
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 237 наименований. Работа содержит 165стр., включая 24 рис.