Автореферат (1149134)
Текст из файла
На правах рукописиОСТРОПИКО Евгений СергеевичИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ РАБОЧИХЭЛЕМЕНТОВ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ01.02.04–Механика деформируемого твердого телаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукСанкт-Петербург 2018Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:доктор технических наук, с.н.с., профессор кафедрытеории упругости СПбГУРазов Александр ИгоревичОфициальные оппоненты: доктор физико-математически наук, доцентПомыткин Сергей Павлович(Санкт-Петербургский государственный университетаэрокосмического приборостроения, профессоркафедры высшей математики)кандидат физико-математических наук,Николаев Владимир Иванович(Физико-технический институт им. А.Ф.
ИоффеРоссийской академии наук, ведущий научныйсотрудник – заведующий лабораторией Физикипрофилированных кристаллов)Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки Институт машиноведения им. А.А. БлагонравоваРоссийской академии наук, Москва.Защита состоится “___” _______ 2018 г. на заседании диссертационногосовета Д 212.232.30 на базе Санкт-Петербургского государственногоуниверситета по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф,Университетский пр., 28, математико-механический факультет, ауд. 405.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотекеим. М.
Горького Санкт-Петербургского государственного университета поадресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9и на сайте: https://disser.spbu.ru/files/disser2/disser/Tz7WsybL22.pdfАвтореферат разослан “____” ___________ 2018 г.Ученый секретарь диссертационного советадоктор физ.-мат. наук2Кустова Е.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыМатериалы с термоупругими мартенситными превращениями обладаютрядом уникальных свойств: эффект памяти формы (ЭПФ), эффект пластичностипревращения (ЭПП), эффект обратимой памяти формы (ОПФ), псевдоупругость(сверхупругость) и эффект генерации реактивных напряжений.
Отдельныематериалы обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью ибиосовместимостью. Благодаря этим особенностям материалы с памятью формынашли применение в самых различных областях, и в каждом случае ониобладают вполне определенной функциональностью, которую в последниедесятилетия исследователи пытаются повысить за счет использованияразличных термомеханических обработок, создания новых материалов,модификацииструктурыизвестныхсплавовит.д.Улучшениефункциональности рабочих элементов с памятью формы напрямую связано сповышением величин однократной и обратимой памяти формы, что можетпозволить при тех же параметрах формовосстановления использовать рабочийэлемент с меньшими размерами, уменьшить массогабаритные характеристикивсего устройства, повысить его функциональность.
В начале 2000-х былиполучены результаты, показывающие что высокая скорость деформированиясжатием может положительно влиять на эффекты однократной и обратимойпамяти формы в сплаве TiNi [1,2], но дальнейшего полноценного развития этоисследование не получило. Другой аспект обеспечения функциональностиматериалов с ЭПФ – это гарантия надежности и стабильности устройств вовремени.
В первую очередь вопрос долговременного хранения имеет большоезначение для рабочих элементов, задействованных в космической технике,поскольку устройство может не использоваться десятилетия, но принеобходимости обязано гарантированно срабатывать должным образом. Вкругах исследователей принято полагать, что длительное хранение материалов вмартенситном состоянии не оказывает влияния на их свойства, если в материалене происходит структурных изменений, но конкретных исследованийпрактически не проводилось.
Например, в работе [3] С.Д. Прокошкин сколлективом исследовали обратимую памяти формы после длительнойвыдержки в 9 лет. Но работ, охватывающих промежуток времени длиной вдесятилетия, и его влияние на различные свойства сплавов с памятью формы влитературе нет. Функциональность рабочих элементов заключается и вспособности совершить определенное действие в заданном интервалетемператур, например, для термочувствительных устройств. Несмотря на обилиестатей по применению сплавов с ЭПФ, невозможно найти работу, содержащуюполную методику, обеспечивающую функциональность термочувствительного3рабочего элемента в заданном интервале температур, последовательноописывающую принципы выбора параметров рабочего элемента, сплава, еготермообработки, подбор характера термомеханической обработки сплава дляобеспечения заданных деформационно-силовых параметров рабочего хода.В связи с вышесказанным, целью настоящей работы являлосьисследование влияния временны́х и температурных факторов нафункциональность различных рабочих элементов из сплавов с эффектом памятиформы – выяснение возможности повышения однократной и обратимой памятиформы за счет увеличения скорости предварительного деформирования,изучение зависимости их функциональных свойств от временифункционирования или хранения в деформированном мартенситном состоянии,компьютерное моделирование влияния времени хранения сплавов с ЭПФ наоднократную и обратимую память формы, создание комплекснойпоследовательнойметодикиобеспеченияфункциональноститермочувствительного рабочего элемента силового привода.Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:1.
Исследовать особенности проявления эффектов памяти формы вэквиатомном сплаве TiNi после высокоскоростного и квазистатическогосжатия при различных температурах, захватывающих диапазонобратимого мартенситного превращения.2. Исследовать изменение реактивных напряжений в сплавах TiNiFe иCuZnAl от времени их функционирования в термомеханическихсоединениях.3. Изучить влияние длительной выдержки в деформированном мартенситномсостоянии на эффекты памяти формы в сплавах на основе TiNi.4. Выполнить компьютерное моделирование изменения функциональныхсвойств сплавов с эффектом памяти формы за время длительного храненияв деформированном мартенситном состоянии.5.
Разработать комплексную последовательную методику созданиятермочувствительного рабочего элемента с памятью формы,обеспечивающую его функциональность в заданном диапазонетемператур.Научная новизнаИсследование показало, что обратимые (фазовые) и необратимые(дислокационные) каналы деформирования эквиатомного сплава TiNiчувствительны ко времени сжатия и температуре нагружения. Обнаружено, чтовысокоскоростное сжатие может приводить к увеличению эффектоводнократной и обратимой памяти формы.
Так величина эффекта памяти формыи эффекта обратимой памяти формы мартенситного типа в результатевысокоскоростного сжатия в интервале температур 20-60оС больше, чем после4квазистатического сжатия. Однако, величины эффектов однократной иобратимой памяти формы мартенситного типа, после высокоскоростногосжатия, с ростом температуры деформирования уменьшаются быстрее.Обратимая память формы аустенитного типа после высокоскоростного сжатиявсегда больше, чем после квазистатического сжатия.
Также в работе приведеносравнение между испытаниями на растяжение и сжатие, где показано, чтообратимая память формы аустенитного типа в испытаниях на сжатиепроявляется при более низких температурах испытания, чем после растяжения.В работе впервые были исследованы величины реактивных напряжений, ЭПФ иОПФ, сформированные в образцах десятилетия назад.
Показано, что реактивныенапряжения в муфтах из сплава TiNiFe за 30 лет релаксируют не более, чем на8%. В сплаве CuZnAl релаксация реактивных напряжений не отличается от той,которая наблюдается в других металлических материалах, и может быть описанаизвестными способами. Экспериментально установлено, что величина ЭПФ вэквиатомном сплаве TiNi не изменяется за 25 лет хранения в деформированноммартенситном состоянии. Обнаружено, что ОПФ после длительного храненияувеличивается. Аналогов таким данным в мировой научной литературе нет. Дляописания влияния длительной выдержки на эффекты однократной и обратимойпамяти формы была применена модифицированная микроструктурная модель,развиваемая А.Е.
Волковым, М.Е. Евард и Ф.С. Беляевым. Результаты расчетовпоказали хорошее совпадение теоретических и экспериментальных данных. Вработевпервыепредставленакомплекснаяметодикасозданиятермочувствительного рабочего элемента с памятью формы, обеспечивающаяего функциональность в заданном диапазоне температур.Практическая значимостьДанные о функциональных свойствах сплава TiNi при высокоскоростноми квазистатическом сжатии позволят инженерам выбирать подходящий режимпредварительного деформирования при изготовлении устройств на основесплавов с ЭПФ. Для устройств же, в основе которых лежит использование сплаваTiNi и эффектов однократной, обратимой памяти формы или генерацииреактивных напряжений показана гарантия работоспособности в течение более20 лет.
Инженеры могут использовать этот факт при разработке новыхустройств, что особенно актуально для космической техники, где стандартнаягарантия составляет порядка 20 лет. Методика исследования сплава для созданиятермочувствительного рабочего элемента может быть использована на практике,в том числе для других рабочих элементов с памятью формы.Степень достоверности результатов обеспечена использованиемсовременных экспериментальных методик, использованием современнойтехники, тщательной обработкой полученных экспериментальных данных,воспроизводимостью результатов и полным соответствием полученных5закономерностей их теоретической интерпретации. Все результаты и выводы непротиворечат современным научным представлениям и апробированы насимпозиумах, конференциях и при личном общении с авторитетнымипредставителями научного сообщества.Основные положения, выносимые на защиту1.
Закономерности изменения эффектов однократной и обратимой памятиформы после высокоскоростного и квазистатического сжатия эквиатомногосплава в интервале температур 20-300°С.2. Зависимости реактивных напряжений в сплавах TiNiFe и CuZnAl от времениих длительного функционирования в термомеханических соединениях.3. Закономерности изменения эффектов однократной и обратимой памятиформы в сплавах на основе TiNi после длительного хранения вдеформированном мартенситном состоянии.4. Результаты компьютерного моделирования однократной и обратимой памятиформы эквиатомного сплава TiNi после длительного хранения вдеформированном мартенситном состоянии.5.
Методика создания термочувствительного рабочего элемента с памятьюформы, обеспечивающая его функциональность в заданном диапазонетемператур.Апробация диссертацииРезультаты данной работы были представлены на конференциях исимпозиумах: «European Symposium on Martensitic Transformations» (ESOMAT2015), г. Антверпен, Бельгия, сентябрь 2015 г.; Всероссийская конференция смеждународным участием «Механика композиционных материалов иконструкций, сложных и гетерогенных сред» посвященная 95-летию со днярождения академика И.Ф. Образцова, г. Москва, Россия, декабрь 2015 г.; «XXIIПетербургские чтения по проблемам прочности», Санкт-Петербург, Россия,апрель 2016 г.; «XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемамтеоретической и прикладной механики», г.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
