Диссертация (1149751), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В связи с этим, стоит отметить, что применимостьфеноменологическихмоделейограниченаформальнымиусловиямиэкспериментов, для описания которых они созданы (например, одномернаядеформация, изотермические условия, постоянное напряженное состояние,единственный цикл охлаждение – нагрев, и т.д.). Ограничения же применимостимикроструктурныхмоделейсвязанысреализациейучтенныхвнихдеформационных процессов, в связи с чем следует ожидать большиепредсказательные возможности моделей этого класса.Таким образом, микроструктурные модели представляют большой интерес,так как они имеют потенциал универсального средства для описаниядеформационного поведения СПФ. Но хотя они и достигли определенных успехов,всеещенетмодели,котораямоглабыточноописыватьнаиболеераспространенные режимы воздействий, и еще остаются нерешенные задачи ивопросы, требующие более детальной проработки.
Некоторые из них будутописаны ниже.8При описании фазового превращения в микроструктурных моделях считают,что мартенсит представлен различными ориентационными вариантами, в качествекоторыхвыступаютлибодомены,полученныеотдельнымивариантамибейновской деформации, либо группы, состоящие из нескольких бейновскихвариантов, например, пластины мартенсита. Некоторые модели при описаниимартенситного превращения не учитывают взаимодействие вариантов междусобой и рассматривают их рост независимо друг от друга [16-18].
Такие моделиможно классифицировать как модели с индивидуальными вариантами мартенсита.Подобный подход неточен, поскольку рост обособленного варианта мартенситавнутри аустенита вызвал бы большую несовместность деформаций и, какследствие, резкое возрастание упругой энергии межфазных напряжений. Поэтомув действительности мартенсит формируется в виде самоаккомодированных групп,которые в сплаве TiNi (никелид титана) состоят из пар согласованных вариантов[19-22], что приводит к более низкой упругой энергии. Точный расчетвзаимодействия вариантов является достаточно сложной задачей и вряд лицелесообразен, поэтому модели, которые учитывают это взаимодействие,используют различные приближения.
Например, в модели [23] используетсяуточняющее слагаемое специального вида в выражении для упругой энергии, вработе[24,25]самосогласованныеиспользуетсягруппы,вразбиениеработе[26,мартенситных27]вариантовприменяетсяподходнасиспользованием матрицы взаимодействия пластин мартенсита. Эти подходыоценивают энергию взаимодействия мартенситных вариантов приближенно, спомощью тензора Эшелби, используя при этом ряд предположений, например, осфероидной форме вариантов, о равенстве упругих модулей аустенита имартенсита и т.п.Дополнительную сложность при описании поведения СПФ вносит тот факт,что их функциональные свойства могут быть непостоянными. Большое количествоэкспериментальных данных [28-37] показывает, что при многократном изменениитемпературы через интервал мартенситных превращений, наблюдается изменениедеформационного поведения СПФ.
Могут изменяться величина обратимой9деформации, значения характеристических температур, стадийность превращения,а также может происходить накопление необратимой деформации. Такиеизмененияприводяткизменениюгеометрическихифункциональныххарактеристик рабочего тела устройства и снижению его эксплуатационногоресурса. Очевидно, что при проектировании устройств с использованием СПФ,имеется необходимость в моделировании этих изменений функциональныхсвойств и накопления необратимой деформации.К настоящему времени был предложен ряд макроскопических [38-44] имикроструктурных [16, 23] моделей, описывающих необратимую деформациюСПФ. В работах [38, 39] накопление необратимой деформации объяснялосьнеполным восстановлением мартенсита при обратном превращении, вследствиевысоких локальных напряжений. В [40-44] деформацию рассчитывали какрезультатодновременнойработымеханизмовфазовогопревращенияипластического сдвига.
В микроструктурных моделях [16, 23] необратимаядеформация связывается с аккомодационной пластической деформацией вблизирастущих мартенситных пластин (микропластической деформацией). При всеммножествеподходовописаниянеобратимойдеформации,существующиемакроскопические модели, как правило, ограничиваются случаем однооснойдеформации, а микроструктурные не дают удовлетворительных результатов приописании деформации при циклических нагрузках.Экспериментальные наблюдения показывают [45, 46], что изменение свойствСПФ и накопление необратимой деформации при термоциклировании связано слокальными пластическими сдвигами.
Таким образом данную деформацию можноназвать микропластической деформацией. Она обусловлена движением дефектов,плотность которых в процессе деформации изменяется. Стабилизация свойствпроисходит из-за формирования структуры сплава, содержащей препятствия длядвижения дислокаций. В связи с этим, можно сказать что деформационныедефекты играют важную роль в формировании деформации СПФ и, следовательно,моделирование микропластической деформации, основанное на концепциидвижущихся дефектов, позволит получать более обоснованные результаты.10Помимонакоплениянеобратимойдеформациииизмененияфункциональных свойств при проектировании устройств из СПФ, работающих врежиме циклической нагрузки, необходимо учитывать усталостную долговечность[47-55].
Установление факторов, влияющих на долговечность, и прогнозированиеусталостной прочности являются важной проблемой с точки зрения практическогоприменения этих сплавов. Механизмы деформирования СПФ сильно отличаютсяот обычных металлов: благодаря мартенситным превращениям большая частьдеформации является обратимой, поэтому способы описания усталостнойпрочности, разработанные для обычных металлов, не могут успешно применятьсядля СПФ.Направление расчета усталостной прочности СПФ развито очень слабо.Большинство предложенных методов прогнозирования долговечности [47-49, 5557] основано на законе Коффина-Мэнсона.
Такие методы могут давать хорошиерезультаты, но их использование ограничено только простыми режимамициклического нагружения не меняющегося во времени. Другой метод определениядолговечности был реализован в работе [58]. Критерий разрушения в этой моделиосновывался на учете плотностей деформационных дефектов. К недостаткамкритерия, использованного в этой работе, можно отнести то, что он не учитываетвлияние напряжения, что в некоторых случаях может сказываться на правильностирезультатов.Цель и задачиВ 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.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:111.Разработать способ учета взаимодействия вариантов мартенсита в никелидетитана, обусловливающего образование согласованных пар вариантов.2.Разработатьизотропноемодельимикропластическойтрансляционноедеформации,упрочнениявсвязиучитывающуюснакоплениемориентированных 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; рассчитать обратимуюи необратимую деформацию в условиях реализации эффекта двустороннейпамяти формы, циклического изменения температуры или напряжения,мягкого рабочего цикла мартенситного двигателя; определить число цикловдо разрушения при термо- и механоциклировании.Научная новизнаДлямикроструктурноймодели,вкоторойвариантымартенситапредставлены бейновскими вариантами фазовой деформации, построена матрицавзаимодействия вариантов мартенсита в никелиде титана, приводящего к его ростув виде согласованных пар.
Впервые разработана микроструктурная модель сплавовс памятью формы, позволяющая описывать обратимую (фазовую) деформацию,необратимую (микропластическую) деформацию и поврежденность материала спозиций концепции эволюции деформационных дефектов, а также прогнозироватьусталостнуюдолговечностьобразца.Выполненырасчетынеобратимой12деформации,накоплениядеформационныхдефектов,изотропногоупрочнения.Сформулированновыйтрансляционногоидеформационно-силовойкритерий прочности, учитывающий влияние среднего давления, деформационныхдефектов и поврежденности материала. Определены способы нахождения иалгоритмыподборавсехматериальныхпостоянных.Выполненподборматериальных постоянных для моделирования деформационного поведенияэквиатомного сплава никелида титана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
