Диссертация (1149751), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Выполнены расчеты термоциклической имеханоциклическойдолговечности,согласующиесясимеющимисяэкспериментальными результатами.Теоретическая и практическая значимость работыРезультаты работы имеют большое теоретическое значение. Разработаннаямодель может быть использована для описания функциональных свойств,накоплениянеобратимойдеформацииипрогнозированияусталостнойдолговечности СПФ.
Разработанная модель может служить основой для выявлениявкладов различных механизмов деформации в формирование функциональномеханических свойств СПФ и, соответственно, для дальнейшего развитиятеоретического описания деформации СПФ. Практическое значение состоит в том,что модель может применяться при разработке функциональных элементовприводов и других устройств из СПФ, работающих в условиях циклическихвоздействийнапряженияитемпературы,длявыборагеометрическиххарактеристик, силовых и температурных режимов, обеспечивающих стабильностьсвойств сплава и, следовательно, рабочих характеристик устройства.Методология и методы исследованияПри разработке модели использовались хорошо зарекомендовавшие себяподходы описания деформации СПФ: рассмотрение деформации на несколькихструктурных уровнях, связанных между собой операторами усреднения; описаниемартенситного превращения с помощью методов равновесной термодинамики,выражение энергии взаимодействия вариантов мартенсита в виде квадратичнойформы.
Использовались представления о связи необратимой деформации,трансляционного и изотропного упрочнения с плотностями деформационных13дефектов. Для формулировки критерия разрушения использовалась концепцияповрежденности как фактора, снижающего прочность 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.Деформационно-силовой критерий разрушения, учитывающий влияниегидростатической и сдвиговой компонент напряжения, деформационныхдефектов и поврежденности материала.4.Расчетные зависимости необратимой деформации от номера цикла притермоциклированииподразличныминапряжениями,необратимойдеформации и работы от номера цикла для рабочего элемента в мягком(управляемом напряжением) цикле; числа циклов до разрушения отдействующего напряжения при термоциклировании и от максимальнойдеформации при механоциклировании.Степень достоверности и апробация результатовДостоверностьполученныхрезультатовобеспеченасоответствиемпредположений, послуживших основой для разработанной теории, провереннымфизическимпревращений,представлениямпластическойомеханизмахдеформациииреализациимартенситныхразрушения,возможностьюразработанной модели описывать известные эффекты СПФ, согласием расчетныхданных с результатами экспериментов.Результаты работы были представлены на всероссийских и международныхконференциях:1.VIIмеждународнаяконференция«Микромеханизмыпластичности,разрушения и сопутствующих явлений» (MPFP – 2013), г.
Тамбов, июнь 2013.142.LIV международная конференция «Актуальные проблемы прочности»,г. Екатеринбург, ноябрь 2013.3.«XXI Петербургские чтения по проблемам прочности», г. Санкт-Петербург,апрель 2014.4.«Седьмые Поляховские чтения», г. Санкт-Петербург, февраль 2015.5.«European Symposium on Martensitic Transformations» (ESOMAT-2015),г. Антверпен, Бельгия, сентябрь 2015.6.«XXII Петербургские чтения по проблемам прочности», г. Санкт-Петербург,апрель 2016.7.LVII международная конференция «Актуальные проблемы прочности»,г. Севастополь, май 2016.По материалам работы имеется 7 публикаций, из них 4 в изданиях из перечняВАК, из которых 2 в изданиях, индексируемых "Scopus" и 1 в издании,индексируемом "Web of Science".1.Беляев Ф.С., Волков А.Е., Евард М.Е.
Микроструктурное моделированиеобратимойинеобратимойтермомеханическомнагружениидеформацииприникелидатитанациклическом//ВестникТамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки. Тамбов, 2013. - Т. 18. - № 4. - С. 2025-2026.2.Belyaev F.S., Volkov A.E., Evard M.E., Volkova N.A. A Microstructural modelof SMA with Microplastic Deformation and Defects Accumulation: Applicationto Thermocyclic Loading // Materials Today: Proceedings Volume 2,Supplement 3, 2015, Pages S583–S587. DOI: 10.1016/j.matpr.2015.07.3523.Беляев Ф.С., Волков А.Е. Влияние взаимодействия вариантов мартенситана обратимую фазовую деформацию в сплавах с памятью формы //Механика композиционных материалов и конструкций. - 2015. - Т.
21. - №2. - С. 190-196.4.Volkov A.E.,Belyaev F.S., Evard M.E., Volkova N.A. Model of the Evolution ofDeformation Defects and Irreversible Strain at Thermal Cycling of Stressed15TiNi Alloy Specimen // MATEC Web of Conferences. 2015. V.
33. art. 03013.5p. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/201533030135.Беляев Ф.С., Волков А.Е., Евард М.Е. Микроструктурное моделированиедеформационных эффектов в сплаве с памятью формы при двухкомпонентномнапряженном состоянии // Тезисы докладов 54 международной конференции"Актуальные проблемы прочности". - Екатеринбург, 2013. - С.
182.6.Беляев Ф.С. Влияние взаимодействия вариантов мартенсита на обратимую инеобратимую деформацию в сплавах с памятью формы // Тезисы докладовМеждународной научной конференции по механике "Седьмые Поляховскиечтения". - М.: Издатель И.В. Балабанов, 2015. - С. 157.7.Belyaev F.S., Volkov A.E., Evard M.E. Modeling of deformation and functionalproperties of shape memory alloys based on a microstructural approach // ShapeMemory Alloys: Properties, Technologies, Opportunities.
/ Resnina N.N., RubanikV.V. (eds.). Pfaffikon, Switzerland: Trans Tech Publications Ltd, 2015. pp. 20-37.Личный вклад автораВ работах 1 – 7 автор разработал способ описания роста мартенсита в видесогласованных пар, построил модель микропластической деформации на основеконцепции дефектов и поврежденности, составил алгоритм расчета на основеполученной микроструктурной модели, провел численные эксперименты подеформированию и разрушению СПФ, участвовал в обсуждении полученныхданныхиосуществлялподготовкепостановкупубликаций,задачнаучныйисследования,руководительучаствовалвА.Е. Волковобсужденииполученных результатов и подготовке публикаций, М.Е. Евард участвовала ванализе результатов. В работах 2 и 4 Н.А.
Волкова участвовала в выполнениинекоторых расчетов.16Глава 1. Аналитический обзорЗа последние 30 лет многие исследовательские группы занималисьразработкой моделей для описания деформационного поведения сплавов спамятью формы. Первые модели были феноменологические, они описывалидеформацию сплава при одноосном напряженном состоянии [12, 13, 59]. Первыетрехмерные (тензорные) феноменологические модели базировались на теориитечения, например, модель [9], в которой в теорию введена вторая поверхностьтекучести, определяющая «обратное» течение при разгрузке. В 90х годах появилсяновый класс феноменологических моделей, основанных на термодинамическомподходе.
Они способны описывать такие эффекты, как пластичность превращения(деформацию при мартенситном превращении под постоянной нагрузкой) илиэффект памяти формы [15, 40, 60-64]. Некоторые из этих моделей были встроены впакеты конечно-элементного анализа и использовались для проектированияустройств сложной формы, работающих при различных термомеханическихвоздействиях.Другим классом моделей являются микромеханические модели [24-27, 6571].
Они нацелены на прогнозирование поведения материала, посредствомописания механизмов деформирования на микроуровне и учета микроструктурныхизменений. Макроскопическая деформация вычисляется через усреднениедеформацийиспользующиемикрообъемовнанижнихмикромеханическийструктурныхподход,уровнях.очевидно,Модели,сложнеефеноменологических и обычно требуют больше вычислений. С другой стороны,они основаны на исследованиях физических процессов деформации материала,поэтому имеют бόльшую предсказательную силу и могут быть использованы вкачестве инструмента для описания деформационного поведения СПФ присложном термомеханическом воздействии.17Ниже рассмотрены различные модели, предложенные для описанияматериалов с фазовыми превращениями.
Ввиду специфики данной работыосновное внимание будет уделено микромеханическим моделям.181.1. Феноменологические моделиСреди трехмерных феноменологических моделей одной из первых быламодель Бертрама (Bertram A.) [9]. В ней механическое поведение СПФ описывалосьс позиции теории течения, путем введения второй поверхности текучести,определяющей напряжение обратного течения при разгрузке, и заданиязависимости двух поверхностей текучести от температуры.Основные положения этой теории состоят в следующем. Скоростьдеформации ̇ разбивается на упругую ̇и неупругую ̇составляющие:̇ = ̇+ ̇.(1)Тензор напряжений является экспериментальной функцией ̇и температуры: = ( , ) .(2)Имеется два условия течения: 1 ( , ) = 0 и 2 ( , ) = 0. Первое из нихотносится к состоянию течения при нагрузке, а второе – при разгрузке.
В обоих случаях действует ассоциированный закон течения. Таким образом, если ̇̇ >0 и 1 ( , ) = 0, то имеет место течение при нагружении и ̇= 0 1 ( , )/ . Аналогично, если ̇̇ < 0 и 2 ( , ) = 0, то происходит течение приразгрузке и ̇= 0 2 ( , )/ . Параметр нагружения вычисляется поформуле: ̇0 = {̇++}/()() , (3)где индекс r = 1, 2 – номер условия течения; функция ( , ) предполагаетсятакой, что тензор /положительно определен, так что знаменатель вформуле для 0 больше нуля.Дополнительное условие достижения максимальной неупругой деформациипри нагрузке записывается в виде: (, ) = 0, при выполнении этого условиятечение прекращается, и при дальнейшем нагружении растет только упругаядеформация.19Данная модель при надлежащем выборе функций 1 и 2 описывает основныедеформационные явления, свойственные СПФ: псевдоупругое поведение привысокой температуре, пластическую деформацию не исчезающую при разгрузкедля материала в мартенситном состоянии, возврат деформации при нагревематериала как обратное пластическое течение, эффект пластичности превращения.Одной из первых теорий, описывающих механическое поведение СПФ, вкоторых единственной внутренней переменной служит объемная доля мартенсита,является модель, предложенная Танакой (Tanaka K.) [12].
В ней мартенситноепревращение определялось минимизацией свободной энергии. Уравнение балансаэнергииинеравенствомартенситногоКлаузиуса-Дюгемапревращения.МодельопределялиТанакидвижущиерассматриваетсилыодномерныйметаллический образец длинной L, в котором происходит прямое или обратноемартенситное превращение. Уравнение баланса энергии и неравенство КлаузиусаДюгема имеет следующий вид:− = 0, ̇ − +() ≥ 0, ̇ − +(4)(5)где – плотность в текущей конфигурации, - тензор напряжений Коши, U плотность внутренней энергии, - тепловой поток из вне, T - температура, q поток тепла от внутренних источников, S - плотность энтропии.Параметрами состояния являются напряжение, деформация, температура имера фазовой деформации, в качестве которой принимается объемная долямартенсита - .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
