Автореферат (1149330), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В [4] сотрудниками лабораторииDynaMat Interdepartmental Laboratory в Швейцарии были получены7прочностные характеристики. В работе [5] соискателюпринадлежитпостановказадачипоанализувлияниявлагонасыщенности материала на его прочностные характеристикии расчетные исследования. В работах [5-7] соискателем выполненывсе численные расчеты и сформулированы выводы. Во всехработах, опубликованных в соавторстве, автор в равной степениучаствовал в разработке основных подходов и в реализациичисленных расчетов.Структура и объем работы.
Кандидатская работа состоит извведения, трех глав, заключения и списка литературы,насчитывающего 117 наименований. В работе содержится 30иллюстраций и 9 таблиц. Общий объем работы 102 страницы.СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯВ главе I приводится краткий обзор развития критериевразрушенияотстатическогодеформированиядовысокоскоростного для двух основных моделей разрушения:хрупкое и вязкое.
В работе проанализированы только самыеосновные модели и методы, по мнению автора, оказавшиенаибольшее влияние на развитие используемых в работе подходов.В 1974 г. Н.А. Златиным и его коллегами был получен эффектналичия «динамической ветви» при динамических воздействиях.То есть было зафиксировано, что материалы способнывыдерживать нагрузки, многократно превосходящие статическийпредел прочности.
При этом классические критерии прочностиобъяснить данный факт были не в состоянии.Одними из первых Дж. Кальтхофф и Д. Шоки в 1977 установилиэкспериментально, что разрушение может иметь место когдадинамический коэффициент интенсивностипревосходитдинамическую вязкость разрушенияв течение некоторогопромежутка времени. Дальнейшее развитие предложенных идейпозволило кардинально пересмотреть взгляды на понятиеразрушения и на наличие процессов, происходящих в моментразрушения.8Позже В.С. Никифоровский и Е.И. Шемякин (1979) предложиликритерий, состоящий в прямом учете истории локальногоразрывающегонапряжения.Критерийзаписываетсявинтегральной форме и имеет смысл достижения полного силовогоимпульса некоторой предельной величины.
Предложенныйкритерий работает только в рамках динамических испытаний.Переход к квазистатическим моделям здесь невозможен. Крометого данный критерий применим только к разрушению«бездефектных» сред. Несмотря на все ограничения, критерийНикифоровского-Шемякина можно считать большим шагомвперед.Критическое развитие вышеперечисленных и других подходов,вкупе с появившимися в 80-х годах новыми экспериментальнымиданными по скоростному разрыву твердых тел, привело квозникновению структурно-временного подхода в механикеразрушения (Ю.В.
Петров, А.А. Уткин, 1987; Н.Ф. Морозов,Ю.В. Петров, А.А. Уткин, 1988, Н.Ф. Морозов, Ю.В. Петров, 1990),основным инструментом которого стал критерий, содержащийкомбинированноеинтегрированиеполянапряженийпоспециальному пространственному линейному размеру инекоторому временному интервалу.Дальнейшее развитие перечисленныхидейпривелокформированию фундаментального понятия инкубационноговремени процесса динамического разрыва (Ю.В.
Петров, 1991), наоснове которого оказалось возможным создавать как критические,так и кинетические предельные условия разрушения и текучести(Н.Ф. Морозов,Ю.В. Петров,1994;Ю.В. Петров,1996;Ю.В. Петров, А.А. Груздков, 1999; А.В. Каштанов, Ю.В. Петров,2007). В настоящей работе используются варианты критериевразрушения и текучести, представляемые в обобщенном виде A( s) ds 1 , где А- приложеннаяследующим условием t Acrit 1tнагрузка, Аcrit – статический предел прочности (текучести) насжатие или растяжение, τ – инкубационное время, связанное сразвитием релаксационных процессов в структуре материала, –9безразмерный параметр, отвечающийматериала к амплитуде нагружения.зачувствительностьВ работе отмечается тесная связь процессов пластическогодеформирования и хрупкого разрушения.
Недаром частьстатических критериев используется и для хрупкого разрушения, идля перехода материала в пластическое состояние. Зачастуюпластические течения материала относят к стадии егопредразрушения. Несмотря на то, что попытки разделения понятияразрушения твердых тел на хрупкое и вязкое имеют длительнуюисторию, в настоящее время не существует общепринятогоподхода и классификации.В главе I приводится расчетная схема для определенияпрочностных характеристик материала для широкого диапазонаизменения параметров внешнего воздействия.
На примерехрупкого разрушения с помощью критерия инкубационноговремени были получены аналитические зависимости прочностныххарактеристикматериала.Дляусловийпластическогодеформирования получены определяющие соотношения длярешения численными методами.В главе II представлена схема определения параметров материалаc использованием модели инкубационного времени по результатамэкспериментов, проведенных по методике Кольского.
Условияиспытаний с равномерным распределением напряжений по образцупри воздействии динамических нагрузок, превышающихстатический предел прочности материала, сделали правомернымпредположение о том, что момент разрушения происходит настадии увеличения нагрузки. Это позволяет заменить внешнеевоздействие линейно возрастающей со временем нагрузкой, чтоприводит к простым соотношениям для расчета прочностныххарактеристик материала.Предложенная схема расчета автоматизирована с использованиемметода наименьших квадратов.
Разработаны сервисные программыв математическом комплексе Mathcad и в облачном сервисе наязыке Python. Получение прочностных свойств материала вшироком диапазоне параметров внешнего воздействия вышло зарамки экспертного анализа и может быть включено в10повседневнуюпрактикунаучноисследовательскихиэкспериментальных лабораторий или же инженеров, имеющихдело с объектами, работающими в экстремальных условияхэксплуатации. Полученные параметры материала на основе данныхэкспериментов не нуждаются в дальнейшей корректировке подизменяющиеся условия эксплуатации и могут быть использованы врасчетах методами конечных элементов.
Динамическая криваяпрочности в данном случае является не параметром материала, аопределяемой характеристикой в зависимости от условийнагружения.В ходе работы выполнен анализ экспериментальных данных надинамическое сжатие и раскалывание, опубликованных в научнойлитературе и полученных в ходе тесного сотрудничества ссотрудниками НИИ Механики ННГУ. Продемонстрированохорошее соответствие расчетных кривых и экспериментальныхданных, что является неотъемлемой частью верификациииспользуемых моделей.В некоторых примерах наблюдается отклонение расчетных кривыхот экспериментальных точек.
Это связано с наличиемпогрешностей в экспериментальных методах и с сильнойидеализацией процесса нагружения. Однако даже при всем этомотмечается не только качественное, но и количественноесоответствие результатов. Для более сложного процессанагружения и всего разнообразия экспериментальных образцовможет быть применена модель, основанная на конечно-элементныхрасчетах с интегрированным в свою структуру критериеминкубационного времени.Наличие инкубационного времени позволяет анализироватьпрочностные свойства материалов не только в квазистатическихрежимах, но и в динамических.
Становится понятно, чтонеправомерно наряду со статической прочностью по аналогиивводить «динамическую». Любой материал имеет свое характерноевремя разрушения. Это подтверждает приведенный в главе IIанализ экспериментальных данных.В настоящей работе динамическая прочность определяется втерминах инкубационного времени. Поскольку большему11инкубационномувременисоответствуетбольшеевремяподготовительных процессов, связанных с релаксацией, вызваннойразвитием дефектной структуры, то и прочность при импульсныхнагрузках будет больше у таких материалов. Другими словами,процесс разрушения является интегральным процессом, длязавершения которого требуется некоторое характерное время.Полученные результаты являются подтверждением того, чтоподход, основанный на критерии инкубационного времени,применим к определению прочностных характеристик материала вшироком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия.В главе III приведены результаты совместного использованиярассмотренных в главах I и II критериев, показавших своюприменимость к анализу процессов хрупкого разрушения ипластического деформирования.
Построены единые кривыепрочности, пластичности и хрупко-вязкого перехода для некоторыхвидов стали. Также были проанализированы и объясненынекоторые эффекты динамического разрушения бетонов и горныхпород, связанных со сменой преобладания прочностныххарактеристик в зависимости от материала и внешних условийэксплуатации.Представленная модель хрупко-вязкого перехода основывается наизвестной в мировой практике модели соревнования двухмеханизмов разрушения - хрупкого и вязкого. Впервые наиболеечетко эта идея была сформулирована А.Ф. Иоффе.
На основекритерия инкубационного времени с учетом предложенныхзависимостей параметров материала от температуры и скоростидеформациистроятся динамические кривые прочности ипластичности. Для примера приведем расчетную кривую точекхладноломкости (рисунок 1), разделяющую области хрупкого (снизуот кривой) и вязкого (сверху от кривой) разрушения для хромо-никельмолибденовойстали(chromium-nickel-molybdenum).Еслирассмотреть график точки хладноломкости, то видно, чтозависимость носит нелинейный характер. Существует пределзначений скорости деформации, после превышения котороговлияние температуры ослабевает и начинают преобладать12пластические свойства материала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
