Автореферат (1150589), страница 3
Текст из файла (страница 3)
[4-7,11-13] для крупно- имелкозернистых металлов (сталь, никель, медь, железо, золото). 1Selyutina N., Borodin E.N., Petrov Y., Mayer A.E. The definition of characteristic times ofplastic relaxation by dislocation slip and grain boundary sliding in copper and nickel //InternationalJournalofPlasticity.2016.Vol.82.P.97–111.DOI:10.1016/j.ijplas.2016.02.004.11 В главе II исследуется эффективность концепции инкубационного времениприменительно к хрупкому разрушению горных пород и бетона при кратковременныхнагрузках.
В Разделе 2.1 дается метод определения предела прочности при ударноволновых нагрузках как параметра процесса на основе оценки инкубационноговремени.Показано,чтовведениеинкубационноговременикачественно(иколичественно) интерпретирует поведение прочности, как при статической, так и придинамической кратковременной нагрузке.В Разделе 2.2 показано поведение прочностных свойств бетона с наполнителеми нерегулярно армированного бетона в широком интервале скоростей деформации,усиливающихся с увеличением скорости внешнего воздействия.
В работе рассмотреновлияние заполнителя на прочностные свойства бетона на основе экспериментальныхданных D.L. Grote, S.W. Park, M. Zhou 2001 (Рисунок 1).Рисунок 1. Поведение прочности агрегатного бетона (красная кривая) и бетона сзаполнителем (черная кривая) по критерию инкубационного времени (2.4) в широкомдиапазоне скоростей деформации 105 107 c1 по экспериментальным данным D.L.Grote, S.W. Park, M. Zhou 2001 (агрегатный бетон – красные треугольники; бетон сзаполнителем – черные квадраты).12 Наблюдаемый эффект инверсии прочности агрегатного бетона и бетона с наполнителемна высоких скоростях деформации на Рисунке 1 объясняется за счет доминирующейроли влияния релаксационных процессов в материале, предшествующих развитиюмикроструктурных дефектов в материале.
В работе исследуются прочностные свойстваармированного бетона стальными волокнами в широком интервале скоростейдеформации (Таблица 1) на основе экспериментальных данных Y. Hao, H. Hao (2013) иT.C. Yet, R. Hamid, M. Kasamuri (2012). Полученный эффект монотонного увеличенияинкубационного времени с добавлением армирующих структур (Таблица 1) с точкизрения структурно-временного подхода показывает увеличение периода подготовкиматериала к разрушению, что приводит к ослаблению скорости процессов ростамикродефектов в структуре материала. Обнаружено, что увеличение предела прочностипри высокоскоростном воздействии будет наблюдаться для бетона с большиминкубационным временем.Таблица 1.
Свойства бетонов Y. Hao, H. Hao (2013) и T.C. Yet, R. Hamid, M. Kasamuri(2012).БетонT.C. Yet, R. Hamid, M.Y. Hao, H. Hao (2013)Kasamuri (2012)0%0.5%1%1.5%0%0.5 %1%1.5%Статическая прочность, МПа35.540.643.344.251667074.4Инкубационное время, мкс17.821.432408.211.314.613.5В Разделе 2.3. анализируется поведение прочности бетона при ударно-волновыхнагрузках в рамках концепции многоуровневого разрушения. Проведено исследованиеэффекта роста прочности бетона с увеличением геометрических размеров. Обнаружено,что следует различать размерный эффект и масштабный эффект прочности.В главе III рассматриваются процессы пластического деформированияметаллов при ударно-волновых воздействиях в рамках концепции инкубационноговремени.
В Разделе 3.1. исследуется поведение инкубационного времени идинамическогопределатекучестидляобразцовсразличнойструктурой,изготовленных из одного вида металла. Показано, что параметр инкубационноговремени позволяет качественно наблюдать условный переход, до наступления которогоматериал имеет постоянный предел текучести, и, начиная с которого, предел текучестимонотонно возрастает со скоростью деформации.13 Рисунок 2. Зависимости напряжение-деформация по расчетной модели (1.16), (1.17),(1.19) для железа G.T. Hahn (1962) с одним параметром инкубационного времени.Начальная плотность дислокаций для кривых (1) –10 см 2 , (2) – 10 3 см 2 , (3) –10 5 см 2 , (4) – 10 7 см 2 .Рисунок.3.
Зависимость напряжение-деформация для никеля и меди при скоростяхдеформации3 104 с 1(тонкиелинии)и2 103 с 1(жирныелинии)поэкспериментальным данным N.P. Gurao, R. Kapoor, S. Suwas (2010), показанныхштриховой (никель) и штрихпунктирной (медь) линией на основе модели (1–3).14 В Разделе 3.2. на основе расчетной схемы деформационной кривой (1–3)анализируется эффект «зуба текучести», проявляющийся на диаграммах нитевидныхкристаллов меди, железа и фторида лития на скоростях деформации порядка105 с1 103 с1 . Проводится сравнение инкубационного времени, полученного поинтегральному критерию текучести, с результатами оценки времени релаксации наоснове известных кинетическими моделями роста дислокаций, объясняющиминеустойчивую природу пластической деформации.
Представленная на Рисунке 2зависимость напряжение-деформация железа (G.T. Hahn (1962)), построенная наскоростях деформации порядка 10 3 с 1 на основе модели (1–3), показываетуменьшение инкубационного времени с увеличением плотности дислокаций: 1 кривая –10 см 2 (2.15 с), 2 кривая – 103 см 2 (1.55 с), 3 кривая – 105 см 2 (1.26 с), 4 кривая –107 см 2 (1.06 с) и рост зуба текучести. С точки зрения теории дислокаций, увеличениеэффекта «дислокационного голодания» также наблюдалось уменьшение временирелаксации напряжений.
Показано преимущество оценки динамического пределатекучестинаосновеконцепцииинкубационноговремениотносительнодислокационной теории, состоящее в использовании простой расчетной схемы,содержащей один дополнительный параметр материала (инкубационное время).В Разделе 3.3. Прогнозируется устойчивое и неустойчивое поведениепластической деформации, проявляющееся на диаграммах мелкозернистых металлов вшироком интервале скоростей деформации. На Рисунке 3 рассмотрены теоретическиекривые,построенныепорасчетнойсхеме(1–3)дляникеля 0y 380 МПа, G 76 ГПа, y 3.6 мкс и меди 0y 40 МПа, G 42 ГПа, y 0.6 мкс .Хорошее соответствие теоретических кривых с экспериментальными данными даетописание явления «зуба текучести» для никеля при высокой скорости деформации2 103 с 1 и процесс механического упрочнения меди (монотонное увеличение «зубатекучести» совместно с увеличением скорости деформации).
С другой стороны, схема(1–3) позволила описать при динамических воздействиях «зуб текучести» придеформировании никеля и его отсутствие при деформировании меди. Наблюдается, чторасчетную схему (1–3) феноменологической кривой также можно использовать дляматериалов без проявления зуба текучести (диаграмма для меди на Рисунке 3) вшироком диапазоне скоростей деформаций. Показано, что деформационная диаграммаматериала является кривой процесса в отличие от классических представлений оповедении упругопластических тел.15 В Разделе 3.4.
проводится сравнение модели инкубационного времени сэмпирической моделью Джонсона-Кука, широко используемой при обработке металловрезанием (Рисунок 4). Показано, что динамический предел текучести в рамкахконцепции инкубационного времени лучше оценивается относительно классической(G.R. Johnson, W.H.
Cook (1983), (1985)) и модифицированной (H.Couque, R.Boulanger,F. Bornet (2006)) моделей Джонсона-Кука.Рисунок 4. Поведение предела текучести в широком диапазоне скоростей деформацийдля никеля по критерию инкубационного времени (синяя кривая 2), моделей ДжонсонаКука классической (фиолетовая кривая 3) и модифицированной (зеленая кривая 1) наоснове экспериментальных данных H. Couque (2014).ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫВыполненные исследования позволяют сформулировать следующие выводы:1. Исследовано поведение прочности материала при квазихрупком разрушении ипластическом деформировании при ударно-волновых нагрузках на основеединой концепции инкубационного времени. Установлен алгоритм расчетапредела прочности и предела текучести при динамических воздействиях.2. Представлены результаты расчета предела прочности бетона на основеконцепции инкубационного времени разрушения при введении заполнителя,металлических волокон.
Объясняется эффект инверсии прочности на высокихскоростях деформации за счет доминирующей роли релаксационных процессовв материале, предшествующих развитию микроструктурных дефектов.16 3. Предложена феноменологическая модель пластического деформирования длячистых металлов. Показано, что полученную методику можно также применятьдля крупнозернистых и мелкозернистых металлов для широкого спектравнешнихвоздействий.Используемаямодельучитываетявление«зубатекучести» и его отсутствие (классическая деформационная кривая), чтопозволяет ее использовать для различных материалов.4. Проведено сравнение моделей Джонсона-Кука и интегрального критериятекучести(1)высокоскоростномвопределениивоздействии.пределатекучестиПолученыматериалахарактеристикиприклассическоймодели Джонсона-Кука через параметры интегрального критерия текучести.Выявлено,чтопривысокоскоростномвоздействиилучшеработаетинтегральный критерий текучести.СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИПубликации в журналах, рекомендованных ВАК РФ:1.
Petrov Y., Smirnov I., Evstifeev A., Selyutina N. Temporal peculiarities of brittle fractureof rocks and concrete // Frattura ed Integrità Strutturale. 2013. Vol. 24. P. 112–118. DOI:10.3221/IGF-ESIS.24.12.2. Petrov Y., Selyutina N. Dynamic behaviour of concrete and mortar at high strain rates //Materials Physics and Mechanics. 2013. Vol.
18. P. 101–107.3. Petrov Y., Selyutina N.. Scale and Size Effects in Dynamic Fracture of Concretes andRocks//EPJWebofConferences.2015.Vol.94.04005.DOI:10.1051/epjconf/20159404005.4. Borodin E., Petrov Y., Cadoni E., Selyutina N. Relaxation Model for Dynamic PlasticDeformation of Materials // EPJ Web of Conferences. 2015. Vol.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
