Диссертация (1149751), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

На рисунке 17 представлен пример расчета эффектадвусторонней памяти формы после предварительного охлаждения и нагрева черезинтервал мартенситных превращений под нагрузкой 50 МПа. На рисунке 18представлены зависимости величины двусторонней памяти формы от напряжения(а) и от накопленной необратимой деформации в предварительном термоцикле (б).В другой серии расчетов был промоделирован эксперимент с различныминапряжениями при охлаждении σc и нагреве σh.

На рисунке 19 представленызависимости деформации от температуры для экспериментов с напряжением приохлажденииσc=50 МПаиразличныминапряжениямипринагреве88Деформация, %6543210300350400450Температура, К1,00,80,60,40,2050100150Напряжение, МПа(а)200Двусторонняя память формы, %Двусторонняя память формы, %Рисунок 17 - Эффект двусторонней памяти формы после охлаждения инагрева под нагрузкой 50 МПа.1,00,80,60,402468Необратимая деформация, %10(б)Рисунок 18 - Зависимость величины двусторонней памяти формы отнапряжения в предварительном термоцикле (а). Зависимость величиныдвусторонней памяти формы от накопленной необратимой деформации (б).σh = – 100; 0; 100; 200 МПа. Из этого рисунка видно, что в охлажденном состояниинебольшое изменении напряжения (± 50 МПа) относительно σc вызываетнебольшое изменение деформации за счет упругого растяжения или сжатия, болеесильное изменение напряжения (± 150 МПа) ведет к значительному изменениюдеформации, вызванной двойникованием.

Рисунок 20 демонстрирует зависимостьнеобратимой деформации от напряжения σh при нагреве. С ростом σh на участке BCпроисходит слабое возрастание остаточной деформации, а на участке CD оноускоряется. Это происходит из-за того, что в охлажденном состоянии при догрузке89напряжениепри нагреве-100 МПа0 МПа100 МПа200 МПаДеформация, %1050300350400450500Температура, КНеобратимая деформация, %Рисунок 19 - Зависимость деформации от температуры при различномнапряжении при нагреве σh.D43CB21A-200-1000100200300Напряжение при нагреве, МПаРисунок 20 - Зависимость необратимой деформации от напряжения принагреве.начинаетсяпроцессдвойникования(переориентациимартенсита),сопровождающийся микропластической деформацией, которая суммируется снеобратимойдеформацией,накопленнойвпроцессепревращения.Вэкспериментах, соответствующих участку AB, также происходит двойникование вохлажденном состоянии, но здесь происходит нагружение противоположногознака, следовательно, микропластическая деформация при двойникованиикомпенсирует ту, что накопилась при прямом превращении.Во многих приложениях детали из СПФ подвергаются циклическимтермосиловым нагрузкам.

Развивающаяся при этом необратимая деформация90может повлиять на работоспособность детали. Поэтому расчет необратимойдеформации при циклическом нагружении представляет особый интерес длямоделирования СПФ. На рисунке 21 представлены расчетные зависимостидеформации от температуры при термоциклировании под постоянной нагрузкой50 МПа (а) и 200 МПа (б).

Расчетные зависимости необратимой деформации,накопленной за цикл, от номера цикла в сравнении с экспериментальнымиданными приведены на рисунке 22. Как видно из этих рисунков, модель дает дляобоих напряжений хорошее количественное и качественное соответствие расчетаи эксперимента, используя при этом один и тот же набор материальных7505Деформация, %Деформация, %643210300350400450403020100500300Температура, К350400450500Температура, К(а)(б)Рисунок 21 - Зависимость деформации от температурытермоциклировании под напряжением 50 МПа (а) и 200 МПа (б).при10экспериментрасчет0,20,10,005101520Номер цикла(а)2530экспериментрасчет8Деформация, %Деформация, %2,064200102030Номер цикла(б)Рисунок 22 - Зависимости необратимой деформации в цикле от номерацикла при термоциклировании под напряжением 50 МПа (а) и 200 МПа (б).91постоянных.Расхождениерасчетногоиэкспериментальногозначениянеобратимой деформации в первом цикле при термоциклировании поднапряжением 50 МПа объясняется сильным развитием изотропного упрочнения впервом цикле при моделировании.На практике детали из СПФ часто используются для получения полезнойработы, для этого термоциклирование рабочего элемента осуществляется не припостоянной нагрузке, а при переменной.

Обычно при этом осуществляютсярежимы мягкого (управляемого напряжением) или жесткого (управляемогодеформацией) циклов. На рисунке 23 представлена расчетная зависимостьдеформации от температуры для первых трех циклов термомеханическоговоздействия, соответствующего рабочему элементу теплового мартенситногодвигателя с мягким циклом, в котором охлаждение происходит при напряжении50 МПа, а нагрев – при 200 МПа.

Для этого эксперимента на рисунке 24 показанызависимости накопленной необратимой деформации от числа циклов, а также длясравнения приведены такие же зависимости при термоциклировании подпостоянным напряжением 50 МПа и 200 МПа. Из этого рисунка видно, чтонакопленная деформация при термоциклировании с переменным напряжениемнаходится между значениями этой деформации для термоциклирования подпостоянной нагрузкой, равной минимальной и максимальной нагрузке в цикле.Деформация, %121086420300350400450500Температура, КРисунок 23 - Зависимость деформации от температуры для трех циклов:охлаждение под напряжением 50 МПа, нагрев при напряжении 200 МПа.Накопленнаянеобратимая деформация, %924035302520151050c = 50 МПа, h = 50 МПаc = 200 МПа, h = 200 МПаc = 50 МПа, h = 200 МПа0102030Номер циклаРисунок 24 - Зависимости накопленной необратимой деформации отчисла циклов при термоциклировании под постоянным и переменнымнапряжением.Кроме того, видно, что накопление необратимой деформации замедляется и онавыходит на постоянный уровень, т.е.

описывается эффект «тренировки».Моделирование позволило рассчитать необратимую деформацию и работу заодин цикл для различных параметров мягкого цикла. На рисунке 25 представленызависимости накопленной необратимой деформации от номера цикла приодинаковом напряжении охлаждения (50 МПа) и различных напряжениях принагреве (120, 200, 300 МПа). На рисунке 26 отображены зависимости работы вНакопленнаянеобратимая деформация, %цикле от номера цикла для этих режимов. Из рисунка 25 видно, что суммарнаянапряжениепри нагреве120 МПа200 МПа300 МПа151050020406080100Номер циклаРисунок 25 - Зависимости накопленной необратимой деформации отчисла циклов для различных напряжений при нагреве в мягком цикле.Работа в цикле, МДж9310напряжение при нагреве120 МПа200 МПа300 МПа50020406080100Номер циклаРисунок 26 - Зависимости полезной работы в цикле от номера цикла дляразличных напряжений при нагреве в мягком цикле.необратимая деформация больше для режимов с большим напряжением принагреве, а после примерно 30 циклов она практически не меняется для всехрежимов воздействия.

На рисунке 26 видно, что работа в цикле в первых циклахвозрастает, а потом выходит на постоянный уровень примерно в то же время что инеобратимая деформация.С помощью построенной модели, были получены зависимости плотностейориентированных (рисунок 27 (а)) и рассеянных (рисунок 27 (б)) дефектов оттемпературыпритермоциклированииподнапряжением200 МПа.Изрисунка 27 (а) видно, что плотность ориентированных дефектов возрастает при7010300350400450Температура, К500Плотность рассеянныхдефектовПлотность ориентированныхдефектов2656055504540300350400450500Температура, К(а)(б)Рисунок 27 - Зависимость плотности ориентированных (а) ирассеянных (б) дефектов от температуры при термоциклировании поднапряжением 200 МПа.94охлаждении во время прямого превращения, и убывает при нагреве во времяобратного превращения.

Таким образом, ориентированные дефекты, так как онисвязаны с трансляционным упрочнением, упрочняют материал при прямомпревращении и разупрочняют при обратном. На рисунке 27 (б) видно, чторассеянные дефекты образуются как во время прямого превращения, так и во времяобратного. В связи с этим изотропное упрочнение постоянно возрастает,обеспечивая замедление роста необратимой деформации и стабилизациюфункциональных свойств.95Глава 4.

Условие разрушения на микроуровне и намакроуровне4.1. Методы оценки долговечности СПФДостаточно часто детали из СПФ используются в качестве рабочихэлементов приводов и мартенситных двигателей. Эти рабочие элементы в процессеэксплуатации подвергаются длительным воздействиям циклически изменяющихсянапряжений, деформации и температуры. Подобные условия работы могутприводить к усталостному разрушению материала, что необходимо учитывать припроектировании устройств.

Характеристики

Список файлов диссертации