Автореферат (1149750)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиБЕЛЯЕВ Федор СтепановичМИКРОСТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ НЕОБРАТИМОЙ ДЕФОРМАЦИИИ ДЕФЕКТОВ В СПЛАВАХ С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ01.02.04-Механика деформируемого твердого телаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидатафизико-математических наукСанкт-Петербург 2016Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор кафедры теории упругости СПбГУВолков Александр ЕвгеньевичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор,Мовчан Андрей Александрович(Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт прикладноймеханики Российской академии наук(ИПРИМ РАН), главный научный сотрудникотдела механики адаптивных композиционныхматериалов и систем)доктор физико-математических наук,Гуткин Михаил Юрьевич(Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт проблеммашиноведения Российской академии наук(ИПМаш РАН), главный научный сотрудниклаборатории механики наноматериалов итеории дефектов)Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт механикисплошных сред Уральского отделенияРоссийской академии наук (ИМСС УрО РАН)Защита состоится 24 ноября 2016 года в 14 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.30 на базе Санкт-Петербургскогогосударственного университета по адресу: 198504, Санкт-Петербург, СтарыйПетергоф, Университетский пр., 28, математико-механический факультет,ауд.
405.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9и на сайте:https://disser.spbu.ru/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dis-list/details/14/1069.htmlАвтореферат разослан "____"_____________2016 года.Ученый секретарь диссертационного советадоктор физ.-мат. наукЕ.В. КустоваОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыСплавы с памятью формы (СПФ) относятся к группе перспективных«умных» материалов.
Они демонстрируют такие эффекты как пластичностьпревращения (накопление большой деформации при охлаждении поднагрузкой), память формы (восстановление накопленной деформации принагреве), псевдоупругость (возможность получения большой деформации принагружении и ее возврат при разгрузке). Эти сплавы благодаря уникальнымвозможностям поведения нашли широкое применение в технике и медицине: изних изготавливают термомеханические муфты, термочувствительные элементы,детали силовых установок, виброзащитные элементы, устройства расчековки иразвертывания, рабочие элементы приводов, различные медицинские стенты,скрепки и зажимы.
Для успешного проектирования этих и других устройствнеобходима разработка надежных средств расчета деформационного поведенияи методов оценки усталостных свойств этих материалов. Решению даннойзадачи посвящены усилия многих исследователей в России и в мире. Этиобстоятельства обосновывают актуальность настоящей работы.Большинство существующих в настоящее время микроструктурныхмоделей фокусируется на описании обратимой (фазовой) деформации СПФ.
Прирасчете рабочих элементов из СПФ, работающих в условиях циклическихвоздействий напряжения и/или температуры, важно рассчитывать не толькообратимую деформацию, но и необратимую. Необратимая деформация приводитк изменению геометрических и функциональных характеристик элемента изСПФ, снижая его эксплуатационный ресурс. Несмотря на множество подходовописания необратимой деформации, макроскопические модели, как правило,ограничиваются простым нагружением, а микроструктурные не даютудовлетворительного описания деформации при циклических нагрузках. Дляоценки надежности и срока службы элементов из СПФ, работающих в режимециклической нагрузки, кроме накопления необратимой деформации,необходимо учитывать усталостную долговечность. К настоящему времениполучено много экспериментальных результатов о поведении СПФ приразличных циклических воздействиях. Несмотря на это, методыпрогнозирования циклической долговечности СПФ развиты слабо.
Большинствоиз них основано на использовании закона Коффина-Мэнсона. Такой подходпозволяет получать хорошие количественные оценки, однако его нельзяиспользовать для построения универсального критерия долговечности из-занеоднозначности определения постоянных при разных режимах циклическоговоздействия. Другой подход, описанный в работе (Волков А.Е., Евард М.Е.,Бобелева О.В. Моделирование накопления дефектов и повреждаемости впроцессе пластической деформации мартенсита в сплавах с памятью формы //Материаловедение, 2006.
№ 12. С. 2-5.), использует критерий разрушения,встроенный в микроструктурную модель. Это позволяет получать оценкидолговечности для различных режимов воздействий, но данный критерий не3учитывает влияние на разрушение действующего напряжения, что можетприводить к неверным результатам.В связи с вышесказанным, основной целью кандидатской диссертацииявляется: построение микроструктурной модели сплавов с памятью формы,позволяющейрассчитыватьобратимуюфазовуюинеобратимуюмикропластическую деформацию, прогнозировать усталостную долговечность сучетом взаимодействия вариантов мартенсита, накопления деформационныхдефектов и поврежденности в процессе микропластической деформации.
Длядостижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:1. Разработать способ учета взаимодействия вариантов мартенсита в никелидетитана, обусловливающего образование согласованных пар вариантов.2. Разработать модель микропластической деформации, учитывающуюизотропное и трансляционное упрочнения в связи с накоплениемориентированных и рассеянных деформационных дефектов.3. Разработать и включить в модель новый деформационно-силовой критерийразрушения, учитывающий влияние напряжений, деформационных дефектови поврежденность материала.4. Составить алгоритм для расчета напряженно-деформированного состоянияСПФ на основе разработанной модели и написать реализующую егокомпьютерную программу.5.
Изучить влияние материальных постоянных на общую деформацию приоднократном и циклическом воздействии. Определить методику выбораматериальных постоянных, позволяющую калибровать модель для описанияконкретного материала.6. Выполнить для эквиатомного сплава никелида титана моделированиеохлаждения и нагрева под различными напряжениями; рассчитатьобратимую и необратимую деформацию в условиях реализации эффектадвусторонней памяти формы, циклического изменения температуры илинапряжения, мягкого рабочего цикла мартенситного двигателя; определитьчисло циклов до разрушения при термо- и механоциклировании.Научная новизнаДля микроструктурной модели, в которой варианты мартенситапредставлены бейновскими вариантами фазовой деформации, построенаматрица взаимодействия вариантов мартенсита в никелиде титана, приводящегок его росту в виде согласованных пар.
Впервые разработана микроструктурнаямодель СПФ, позволяющая описывать обратимую (фазовую) деформацию,необратимую (микропластическую) деформацию и поврежденность материала спозиций концепции эволюции деформационных дефектов, а такжепрогнозировать усталостную долговечность образца. Выполнены расчетынеобратимойдеформации,накоплениядеформационныхдефектов,трансляционного и изотропного упрочнения. Сформулирован новыйдеформационно-силовой критерий прочности, учитывающий влияние среднегодавления, деформационных дефектов и поврежденности материала. Определены4способы нахождения и алгоритмы подбора всех материальных постоянных.Выполненподборматериальныхпостоянныхдлямоделированиядеформационного поведения эквиатомного сплава никелида титана.
Выполненырасчетытермоциклическойимеханоциклическойдолговечности,согласующиеся с известными экспериментальными результатами.Теоретическая и практическая значимость работыТеоретическое значение данной работы заключается в том, чторазработанная модель может быть использована для описания функциональныхсвойств, накопления необратимой деформации и прогнозирования усталостнойдолговечности СПФ; она может служить основой для выявления вкладовразличных механизмов деформации в формирование функциональномеханических свойств СПФ и, соответственно, для дальнейшего развитиятеоретического описания деформации СПФ. Практическое значение работысостоит в том, что модель может применяться при разработке функциональныхэлементов приводов и других устройств из СПФ, работающих в условияхциклических воздействий напряжения и температуры, для выборагеометрических характеристик, силовых и температурных режимов,обеспечивающих стабильность свойств сплава и, следовательно, рабочиххарактеристик устройства.Методология и методы исследованияПри разработке модели использовались хорошо зарекомендовавшие себяподходы описания деформации СПФ: рассмотрение деформации на несколькихструктурных уровнях, связанных между собой операторами усреднения;описание мартенситного превращения с помощью методов равновеснойтермодинамики, выражение энергии взаимодействия вариантов мартенсита ввиде квадратичной формы.
Использовались представления о связи необратимойдеформации, трансляционного и изотропного упрочнения с плотностямидеформационных дефектов. Для формулировки критерия разрушенияиспользовалась концепция поврежденности как фактора, снижающегопрочность материала.Положения, выносимые на защиту1. Описание энергии взаимодействия бейновских вариантов мартенсита вникелиде титана с помощью предложенной в данной работе матрицыквадратичной формы.2. Модель микропластической деформации, учитывающая изотропное итрансляционное упрочнения, порожденные накоплением ориентированных ирассеянных деформационных дефектов.3.
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}
