Диссертация (1143855), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

Графики зависимостей модуля плотности тока и нагрева в вершинепрекрэка при испытании образца IIa номер 4.130В соответствии с моделью пластичности JC, описанной в разделе 1.4.1можно оценить влияние температуры на деформационную зависимость:1(4.5), 1쳌1,Таким образом влияние нагрева на механические свойства испытуемыхобразцов до их разрушения составляет менее 2 %.4.2.5.2. Оценка сил Лоренца, действующих на образецНаведённый ток в не магнитных материалах создаёт магнитные силы,которые определяются выражением:, где- плотность тока,-индукция магнитного поля. Для оценки влияния сил Лоренца на основе 3Dрасчёта магнитного поля при применении двухшинного (простого) МИД дляобразца IIa номер 4 (см.

Рисунок 4.15) рассчитано магнитное давление в вершинепрекрэка, как интеграл силы Лоренца вдоль линии симметрии образца. Графикизависимостей индукции магнитного поля и магнитного давления, рассчитанногоописанным образом от времени представлены на Рисунке 4.23.По результатам расчёта, представленным на Рисунке 4.23 видно, чтомаксимальное давление в вершине прекрэка не превышает 10 МПа, в то время какк берегам паза образца IIa номер 4 действует магнитное давление 421 МПА.Таким образом магнитное давление, действующее на образец в вершине пазасоставляет менее 3% от давления передаваемого МИД на берега паза.131Рисунок 4.23 Графики зависимостей модуля магнитной индукции и давлениямагнитного поля на образец от времени.4.2.5.3. Эффекты действия импульсного электрического тока на процессдеформирования образцовСопоставление рассчитанных деформаций по модели JC и результатовэксперимента показывают соответствие расчетных данных и экспериментальных,как для двухшинного (просто) так и для трёхшинного (квазикоаксиального) МИД.При этом в случае квазикоаксиального МИД наведённый ток в вершине пазаобразцов IIб равен нулю и в окрестности вершины существенно ниже, чем вслучае простого МИД, где плотность тока в вершине паза образцов IIа достигаетзначений 30-45 кА/мм2, см.

Рисунок 4.24. Приведённые на данном рисункерасчёты выполнены при формировании простым и квазикоаксиальным МИДдавления амплитудой 250 МПа, длительностью 4 мкс. При этом амплитуды токов132а)б)Рисунок 4.24 Распределение наведенного тока в образцах IIа (а) и IIб (б) приформировании магнитно давления, амплитудой 250 МПа, длительностью 4 мкспри применении простого (а) и квазикоаксиального (б) МИД.МИД составляют 2×114.24 кА для квазикоаксильного МИД и 267.43 кА дляпростого МИД.Таким образом, сильно затухающий импульсный электрически токдлительностью ~4 мкс и амплитудой плотностью тока ~30-45 кА/мм2,пропускаемый вначале деформирования, не влияет на конечную деформациюобразцов.Эксперименты проведены при однократном для каждого из образцовнагружении, что не исключает влияния импульсного электрического тока примногократном нагружении образцов и воздействием импульсного тока междуциклами нагружения.Дляопределениявлияния импульсного токапримногократном нагружении и воздействием импульсного тока между цикламинагружения была проведена серия экспериментов, описанная в п.

4.2.4(см. Рисунок 4.19), откуда видно, что пропускание электрического токаамплитудой 1-2 кА на сечении 5 мм2 при частичном деформировании не влияет наостаточную деформацию.Длительность наведенного импульсного тока ~4 мкс меньше длительностипроцесса механического деформирования образцов ~100 мкс, вследствие чего133импульсный ток может не оказывать влияние в процессе деформирования вэксперименте.

Для исследования влияния действия импульсного электрическоготока при его большей длительности проведены серии экспериментов описанные вп. 4.2.4 (см. Рисунок 4.21), откуда видно что пропускание импульсного токадлительность ~60-80 мкс и амплитудой ~3-5 кА на сечении 5 мм2 не оказываетвлияние на конечную деформацию.Можно отметить, что импульсный ток пропускаемый в ходе экспериментовпо образцам не повлиял на их конечную деформацию, но влияние импульсноготока на разрушение образцов не рассмотрено.4.2.6. Феноменологическое описание перехода материала из упругогосостояния по верифицированной модели JCСопоставление численного моделирование с результатами конечнойдеформации в ходе экспериментов выявило соответствие расчётной модели JCдля OFHC меди с экспериментальными данными для меди марки М1. При этомвлияние действия импульсного электрического тока на пластические свойства невыявлено.

Оценка нагрева под действием наведенного тока показала несущественный нагрев образцов, что не может повлиять на изменение ихмеханических свойств.Таким образом модель JC для OFHC описывает поведение меди марки М1испытуемых образцов в диапазоне изменения скорости деформирования2000- 7500 1/с. При этом параметры меди OFHC по модели JC были получены дляскоростей деформирования в диапазоне 1-1000 1/с. Следовательно можно134анализировать поведение меди марки по модели JC для OFHC в диапазонескоростей деформирования 1- 7500 1/с.Для описания переходов из упругого состояния в пластическое изпластического в разрушенное в программе Comsol Multiphysics в модуле GeneralEquations выполненное численное решение системы уравнений по модели JCразных линейных скоростях нарастаниямеханического напряжения :  V  t ,   E   ,pm  A  1  C  ln v p   1   A p C  , 0 *    Tmelt  Troom  mv p    A p C  n  , H  B   p  1  C  ln  *   1   TTroom    melt y   0   H , A p  0 d p , 0 p  0,,,y0 v  1,d p dt  1 p;   y , d p dt  1(4.6)pгде=90 МПа,=282 МПа,=0.025,=1082.5 ºС – температура плавления;ਲ਼- работа пластического деформирования;1– параметры модели JC;=20 ºС – начальная температура;, e   E ,ਲ਼- суммарные,эластические и пластические относительные деформации соответственно;скорость пластических деформаций;ਲ਼-=110 ГПа, =8960 кг/м3, =385 Дж/(кг К) -модуль Юнга, плотность и теплопроводность соответственно;,,- пределупругости, упрочнение и напряжение текучести соответственно.При подстановке в выражение для напряжения текучестиупругостии упрочнения, первый членпределаописывает поведение материалапри квазистатическом нагружении материала.

Второй член описывает влияние135скорости деформирования. Третий член описывает влияние температуры вотсутствиистороннегонагреванагревзасчетработыпластическогодеформирования.Поученные деформационные зависимости приведены на Рисунке 4.25.Видно, что с увеличение скорости деформирования деформационные зависимостилежат выше, что соответствует упрочнению материала.КритерийразрушенияДжонсона-Кукаописываетразрушение,какнакопление предельного значения пластических деформаций, которое зависит отскорости деформирования и температуры, аналогично модели пластичности JC.Так согласно данному критерию разрушение наступает при достиженииа)в)б)г)Рисунок 4.25. Результаты моделирования по модели JC при разных скоростяхнарастания V напряжения: деформационные зависимости в областиупругопластического перехода (а) и до разрушения по критерию JC (б);зависимости скорости пластических деформаций от напряжения в областиупругопластического перехода (в) и до момента разрушения (г).136параметра значения единицы: D    p  f   1 .

При этом параметропределяется выражением:гдеR1RR1R ‫݋‬ਲ਼1Rਲ਼– эффективная относительная деформация разрушения,эквивалентных пластических деформаций,давления к напряжению (ਲ਼,(4.7)– приращение– безразмерное отношение– среднее трех нормальных напряжений и–эквивалентное напряжение по Фон-Мизесу). R1 =0.54, R =4.89, R =-3.03, R =0.014,R =1.12 – параметры критерия разрушения JC для меди OFHC.

На Рисунке 4.25приведены деформационные зависимости при разной скорости нарастания vмеханического напряжения до разрушения материала согласно описанномукритерию JC. Видно, что с увеличением скорости нарастания напряжения исоответственно скорости деформирования, предельные деформации и напряженияувеличиваются.Для феноменологического описания перехода материала из упругогосостояния в пластическое по расчётным данным получена зависимость временидопереходавпластическоедеформациями равным 0.2 % отсутствии нагревасостояниеਲ਼ਲ਼соответствующеепластическимот параметра энергии деформирования в, см.

Рисунок 4.26. Аналогичные зависимостипостроены для времени до разрушения -ਲ਼, см. Рисунок 4.26. По построеннымзависимостям получены степенная  ppow и экспоненциальная  exp аппроксимациивремени до перехода от энергии деформирования, аналогично (1.13): ppow w p    M 1  w p   ,(4.8) exp w p   k M 1  exp   M 1  w p ,(4.9)M1e p6где M,1  7 10ਲ਼1e p11e p4, kM1  2.4 10 , M1  1.9 10- соответствуютпластическим деформациям 0.2 %; Mfr1  8.4 109 , Mfr1  25.8 , kMfr1  2.6 109 ,e p7M1  1.8 10 - соответствуют разрушению.137а)б)Рисунок 4.26. График зависимости времени до перехода меди в (а) пластическоеਲ਼ਲ਼и (б) разрушенноеਲ਼состояния от энергии деформированияਲ਼.Синиеточки получены по модели JC; зелёная и красная линии аппроксимации (4.1) и(4.2) соответственно.Таким образом, при данных значениях параметров1,1, kM1 , M1критерий вида (1.10), (1.14) будет описывать переход материала из упругогосостояния в пластическое и в разрушенное:Фpowp0pФ ex  0  1dt   M 1  w p dt   M 1    d  dt  1,00  0 p wp pM1M1M1pM111 1 dt  k M1 0 exp  M 1  w p dt  k M 1 0 exp M 1 0 d  dt  1, p wp pp(4.10)(4.11)Данный критерий с приведёнными параметрами применим для описанияупруго-пластического перехода меди марки М1 в диапазоне скоростейдеформирования от квазистатических до 7500 1/с, как то показали эксперименты внастоящей главе.

Однако надо отметить, что в экспериментах не определеносоответствие критерия разрушения JC для меди OFHC экспериментальнымданным для меди марки М1.1384.3. Выводы по главе 4Показано, что при динамическом испытании образцов из углепластика смакродефектами типа трещин процесс разрушения носит пороговый характер.Показанавозможностьопределениядинамическогопределапрочностиуглепластика при динамическом нагружении микросекундной длительности припомощи магнитноимпульсного способа.

Характеристики

Список файлов диссертации