Введение к работе
Актуальность работы. Современный машиностроительные конструкции кратковременного и длительного ресурсоз работают в сложных- условиях силового и теплового натрушений. Под воздействием таких нагрузок в материала конитрукцай шгут зозникать налряяе-ния, превосходящие предел текучести, ч наряду о упругими к пластическими деформациями могут развиваться деформации ползучести. Неупругое деформирование материала в данном случае заьисит ст скоростей протекания процессов нагруденпк и нагрева. Одному и томухе значении деформации в таком случае соответствуют различные значения напряжений. Поэтому напрпаенное состояние в элемента тела конструкции определяется характеристиками предшествующего процесса изменения внесших нагрузок, а не только их текущими значениями. Кроме этого, при высокой температура, как правиле, уменьшаются предел упругости, предел текучести и упрочняющиеся свойства материала. Неравномерный нагров в сочетании с внешним силовым воздействием kozbs привести к возникновению в материале сложных процессов деформирования по произвольным траекториям.
Для назначения оптимальных реягшов изготовления а эксплуатации элементов конструкций и для снижения их катзриалоемкости необходимо уметь определять упругепластическое напряженно-деформированное, состояние этих элементов с учетом явлений, возникающих при неизотермических сложных процессах кзгруиания.
В связи с изложенным исследование закономерностей упруго^ вязкопластического деформирования металлов при-не^зотерыи еских слонных процессах нагрукеаия и установление определяющих уравнений, адекватно описывающих эти закономерности, является актуальной задачей теории термовязкоплаотичности, являющейся одним из разделов механики деформируемого твьрдого тела.
Тема диссертационной работы, посвященной данным исследованиям, соответствует "Плану научных исследований по естественным п общественным наукам по АН СССР'на І98ї-Ї985гг. и І986-І990ГГ. и выполнена согласно с планами научно-исследовательских работ Института механики АН УССР на І974--І99І годы (темы: "Теория и методы решения задач термопластичности при переменных кагрухе-нипх с учетом деформаций ползучести", МТ 740I5QI7; "Теория и методы решения задач пластичности при неизотермаческих сложных
процессах нагружения", ИГР 77014053; "Исследование упру^опласти-чеокого напряженного состояния элементов конструкций при неизотермических процессах нагружения с учетом ползучести", МТ 00057932; "Разработка теории и решение задач термовязкопластич-ности для процессов деформирования по различным .плоским траекториям" Ш? 01830077838; "Исследование процессов леизотермического деформирования с учетом повреждаемости элементов машиностроительных конструкций за пределами упругой работы материала", №ГР 0I8700237I8), а также целевых программ 2.25.1.5 - "Разработка теории литейных процессов, обеспечивающих создание и развитие высокоэффективных и малоотходных и безотходных технологий о применением внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл", "Повышение надежности и долговечности газотурбинных двигателей", "Программы АН УССР по автоматизации научных исследований, вычислительной технике и ее эффективному использованию" и др.
Целыз работы является исследование закономерностей упруго-вязкопластического деформирования металлов в процессах сложного нагружения по разнообразным траекториям, обоснование допущений, постулатов и конкретизации функционалов определяющих уравнений, а также обоснование самих определяющих уравнений теории упруго-вяэкопластических процессов в тех случаях, когда элементы конструкций работают при постоянных и переменных высоких температурах и при этом существенно проявляются реономные свойства материалов, из которых изготовлены эти элементы.
Научная новизна и значимость результатов исследований заключается в том, что в рабою развита теория термовязкоплас-тичности для описания закономерностей неупругого деформирования металлов в неизотермических процессах сложного нагружения по произвольным траекториям» Определяющие уравнения данной теории построены на основе постулата изотропии и закона упругого изменения объема, которые получили в настоящей работе экспериментальное обоснование при постоянных и переменных высоких температурах и существенной зависимости процессов деформирования металлов от скоростей нагружения. Предложены методы конкретизации функционалов, входящих в определяющие уравнения. Установлены новые закономерно їй неупругого деформирования металлов в сложных процессах нагружения при нормальной и высокой температуре и экспериментально обоснованы методы конкретизации функционалов определяющих
уравнений теории термовязкопластичности и сами определяющие уравнения.
Достоверность основных научных положений и выводов обеспечивается опытным обоснованием допущений, постулатов .и определяющих уравнений теории термовязкопластичности. Достоверность опытных данных подтверждается повторяемостью результатов и метрологическим обеспечением измерений...
Практическая ценность диссертации заключается в установлении закономерностей -упруговязкопластического дефс жирования ряда конструкционных оталей и сплавов в разнообразных.изотермических и неизотермических простих и сложных процессах нагруаения, экспериментальном обосновании допущений и постулатов развиваемо* теории термовязкопластичности, установлении определяющих уравнений данной теории и способов конкретизации функционалов определяющих уравнений, опытном обосновании предложенных способов конкретяза~ ции функционалов и самих определяющих уравнений. Некоторые полученные в диссертации результаты внедрены в инженерную практику предприятий страны с экономическим эффектом порядка 200 тыс.руб. По результатам разработок получено 3 авторских свидетельства на изобретения.
Апробация работы. Отдельные результаты диссертационной работы докладывались на научном семинаре отдела термопластичности Института механики АН УССР под руководством чл.-корр. АН УССР Ю.Н.Шевченко; ХП, ХШ, ХІУ и ХУ Научных совещаниях по гэпловыи напряжениям в элементах конструкций (Канав, 1972, 1974, 1977, I960); УП, УШ Всесоюзных конференциях по прочности и пластичности (Горький, 1978; Пермь, 1983); П Всесоюзном симпозиуме "Прочность материалов и элементов конструкций при сложном напряженном состоянии" (Киев,.1984); Всесоюзном симпозиуме "Ползучесть в конструкциях" (Днепропетровск, 1982); П Всесоюзной конференции "Ползучесть в конструкциях" (Новосибирск, І984-); П Всесоюзном симпозиуме "Устойчивость в механике деформируемого твердого тела" (Калинин, 1986); ІУ, УІ Всесоюзных съездах по теоретической и прикладной механике (Киев, І97б;..Ташкент 1986); Научно-технической конференции "Экспериментальные методы в механике.деформируемого твердого тела (Калининград, 1987). Полностью результаты диссертационной работы докладывались на научном семинаре отдела термопластичности Института механики АН УССР под руководством чл.-корр. An УССР Ю.Н.Шевченко (Киев, 1988),. научном семинаре
по направленны "Механика сзязенных полей в материалах и элементах конструкций" Института механики АК УССР под руководством..чл.-корр. АН УССР Ю.Н.Шевченко, проф. Н.А.Пульги, проф. В.Г.Карнаухова (Киев. 1988); научно-исследовательской семинаре кафедры динамики и прочности машин и сопротизления материалов.Киевского политехнического института под руководством проф. Н.С.Мокаровского (Киев, I98S); семинаре по механике деформируемого твердого тела под руке -одством проф. Е.Г.Зубчанинова (Калинин, политехнический институт, І98Р*; научно-исследовательском семинаре кафедры теории упругости МГУ под руководством чл.-корр. АН СССР А.А.Ильюшина (Москве., 1988); общеинститутском научном семинара по механике под руководством акад. АН УСС? А.Н.Гузя (Киев, Институт механики АН УССР, 1988); семинаре по механике деформируемого твердого тела под руководством проф. Б.М.Панферова (Москва, Институт механики МГУ, І9Б8).
Публикации. Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 28 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения к списка литература. Основной текст изложен на 197 страницах. Б работе содержится 122 страницы рисунков и 8 страниц таблиц. Список литературы включает 312 наименований.
Диссертационная работа выполнена в отделе термопластичнооти Института механики АН УССР. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному консультанту - заведующему.отделом, члену-корреспонденту АН УССР, д.т.к. Ю.Н.Шевченко за полезные советы и постоянное внимание к работе.