Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время анизотропные материалы широко используются в различных конструкциях, испытывающих динамические нагрузки, таких как авиационные и космические аппараты и в других областях техники В то же время информация о свойствах таких материалов при динамических нагрузках весьма ограничена В связи с данным аспектом существует необходимость в исследовании поведения анизотропных материалов выявление закономерностей и особенностей в картине напряженно-деформированного состояния при упругопластическом деформировании преград для возможного прогнозирования деформации и последующего разрушения. Создание адекватных численных методик, позволяющих оценить применимость инженерных численных расчетов, которые не учитывают анизотропию некоторых механических характеристик материала
Целью диссертационной работы является методами численного моделирования исследовать закономерности и особенности упрочнения анизотропных материалов при динамическом нагружении В связи с этим были поставлены следующие задачи
1 П роанализировать предложенные из имеющихся моделей упрочнения и
выбрать наиболее подходящие для решения задач деформирования анизотропных материалов при динамических нагрузках,
2 И сследовать влияние кинематического упрочнения материала анизотропной
преграды на интегральную характеристику процесса - торможение ударника,
3 И сследовать влияние изотропного упрочнения материала анизотропной
преграды на интегральную характеристику процесса — торможение ударника,
4 И сследовать влияние анизотропии упругих характеристик материала
преграды на интегральную характеристику процесса - торможение ударника,
5 И сследовать влияние анизотропии пластических характеристик материала
преграды на интегральную характеристику процесса - торможение ударника,
6 У становить влияние различных условий пластичности на результаты
расчетов напряженно-деформированного состояния анизотропной преграды,
7 Опр еделить границы применения теории течения к численному
моделированию деформационных процессов в анизотропных материалах при динамических нагрузках Научная новизна
В задаче численного моделирования ударного нагружения анизотропных металлических преград в трехмерной постановке применена гипотеза кинематического упрочнения Циглера позволяющая учитывать эффект Баушингера Показано распределение в преграде зон упрочнения на сжатие и на растяжение в трех взаимно перпендикулярных направлениях
В рамках поставленной цели численного моделирования упругопластического деформирования анизотропного материала под действием динамических нагрузок применена гипотеза изотропного упрочнения Хилла и Ходжа анизотропного материала и показана необходимость учета изотропного упрочнения при решении таких задач
С целью выявления целесообразности применения в расчетах усредненных упругих и пластических характеристик материала при определении упруго пластического течения анизотропных металлов и сплавов приведен сравнительный анализ учета и неучета анизотропных упругих и пластических свойств
Для задач динамического нагружения анизотропных преград построены траектории деформации в различных точках преграды В условиях скоростного нагружения (300-600м/с), приведена классификация траекторий деформации для точек преграды Выявлены участки, для которых в зоне пластического деформирования кривые траекторий деформаций имеют по одному излому, связанному с приходом волн разгрузки и зоны, для которых траектории деформаций можно классифицировать как траектории малой кривизны (по классификации А А Ильюшина)
Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния металлической преграды при ударе в рамках модели изотропно-кинематического упрочнения с использованием различных условий пластичности для анизотропных материалов (Мизеса-Хилла, Треска и Ковальчука-Косарчука) показал существенную значимость выбора условия пластичности на взаимодействие ударника и преграды
Основные положения, выносимые на защиту
Целесообразность применения гипотезы кинематического упрочнения Циглера, позволяющее учитывать эффект Ьаушингера в задаче численного моделирования ударного нагружения анизотропных металлических преград в трехмерной постановке
Обоснование применения гипотезы изотропного упрочнения Хилла и Ходжа анизотропного материала в рамках исследуемой задачи упругопластического деформирования анизотропного материала под действием динамических нагрузок в трехмерной постановке
Для задач динамического нагружения анизотропных преград построены траектории деформации в различных точках преграды В условиях скоростного нагружения (300-600м/с), проведена классификация траекторий деформации для точек преграды Показаны участки, для которых в зоне пластического деформирования данные кривые имеют по одному излому, связанному с приходом волн разгрузки и зоны, для которых траектории деформаций можно классифицировать как траектории малой кривизны (по классификации А А Ильюшина)
Обоснованность и достоверность результатов, результатов, представленных в настоящей работе, обеспечена тестированием численного алгоритма, сравнением полученных результатов с экспериментальными данными и численными результатами, полученными другими авторами, а также использованием известных, апробированных численных алгоритмов
Научная и практическая ценность Полученные в работе результаты дают более подробные представления о поведении анизотропных материалов в условиях ударного нагружения для случаев упругопластического деформирования по траекториям деформаций малой кривизны Показано, что для металлов и
сплавов при ударном нагружении учет изотропного и кинематического упрочнения материала меняет картину напряженно-деформированного состояния преграды
Апробация работы. Основные результаты настоящей работы докладывалась на ХП международной научно-практической конференции молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2006г), на IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Нижний Новгород, 2006г), на международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2006г), на VII всероссийской конференции молодых ученых "Проблемы механики теория, эксперимент и новые технологии" (Новосибирск, 2007г), на международной тематической конференции «Экспериментальные состояния вещества Детонация. Ударные волны» на ГХ Харитоновских научных чтениях (Саров, РФЯЦ ВНИИЭФ, 2007г), на ХШ международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2007г), на Ш всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2007г), на XX Всероссийской конференции по численным методам решения задач теории упругости и пластичности (Кемерово, 2007), Международная конференция «XVIII сессия Международной школы по моделям механики сплошной среды» (Саратов 2007 г
Работа поддержана проектами РФФИ № 06-01-00081, № 03-01-00006, СО РАН № 18 и Президиума РАН № 18 9, №9 5
Публикации. Результаты диссертации представленим в 12 работах, опубликованных в научных журналах и сборниках, материалах Всероссийских и Международных конференций
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, в котором приведены основные результаты и выводы Общий объем диссертации 149 страниц (включая 71 рисунок, 3 таблицы, 123 библиографических ссылок и 2 приложения)
