Диссертация (1150590), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В даннойработепредлагаетсяприменятьиспользуемуюрасчетнуюмодельдеформационной кривой к мелкозернистым и крупнозернистым металлам и их6сплавам. Исследование поведения предела текучести металлов при текущейпластической деформации на основе концепции инкубационного временирасширяет возможности расчетных схем в инженерной практике.В главе I проводится обзор ключевых нелокальных временных подходовпластического течения и хрупкого разрушения, развитие которых привело кпостроению модели инкубационного времени [9–14]. В данной работе подход [9–14] используется для определения предела прочности (глава II) и пределатекучести (глава III) в широком интервале внешних воздействий.
Показано, чторелаксационная природа инкубационного времени, позволяет рассматривать сразличной физической интерпретацией в рамках единого подхода процессыразрушения и пластического деформирования при ударно-волновых нагрузках сучетом существенного влияния параметров внешнего воздействия. В главе Iрассматриваетсяпластическойрядтеорий,деформациисописывающихпомощьюприродувведениянеустойчивостинекотороговременногопараметра материала.
Дается расчетная схема деформационной кривой [8] посленаступлениямакроскопическойтекучести(главаIII), на основеобщеймеханической концепции инкубационного времени.В главе II исследуется эффективность концепции инкубационного времени[9–13] применительно к хрупкому разрушению горных пород и бетона прикратковременных нагрузках. Дается метод определения предела прочности, какпараметра процесса, при ударно-волновых нагрузках на основе оценки подинамическим испытаниям одной характеристики материала, независимой отвнешней нагрузки и геометрии образца.
На основе обсуждаемых в литературеэкспериментальных данных по бетону и горным породам на стержнях Гопкинсонапри одноосном напряженном состоянии, показано, что зависимость среднейпрочности при статических и динамических нагрузках от скорости деформацииможно получить на одной расчетной кривой.
В рамках предлагаемого подходарассматривается и интерпретируется поведение прочностных свойств бетона снаполнителемиармированнойструктурой7металлическимиволокнами.Обнаружено, что с увеличением скорости внешнего воздействия прочностныесвойства материала усиливаются. В рамках концепции многоуровневогоразрушения [15–17] на основе структурно-временного подхода анализируетсяповедение прочности бетона при ударно-волновых нагрузках.В главе III рассматриваются процессы пластического деформированияметаллов при ударно-волновых нагрузках в рамках концепции инкубационноговремени.
Построена схема определения динамического предела текучести отскоростидеформациивслучаечистогосдвигаспомощьюкритерияинкубационного времени в инвариантной форме [14]. На основе расчетной схемыдеформационной кривой [8], введенной в главе I, анализируется поведениеметаллов с устойчивым и неустойчивым поведением предела текучести.Исследуется зависимость деформационной кривой металлов от параметроввнешнего воздействия, построенная по предлагаемой феноменологическоймодели.
Показано преимущество оценки динамического предела текучести наоснове концепции инкубационного времени в сравнении с дислокационнойтеорией, состоящее в использовании простой расчетной схемы, содержащейединственный дополнительный параметр материала (инкубационное время).Прогнозируется эффект «зуба текучести», проявляющийся на диаграммахнитевидных металлических кристаллов при низких скоростях деформации,крупно- и мелкозернистых металлов на высоких скоростях деформации.Наблюдается, что расчетная схема [8] феноменологической кривой прогнозируетповедение деформационных диаграмм без проявления зуба текучести в широкомдиапазоне скоростей деформаций. Показано, что деформационная диаграммаявляется кривой процесса в отличие от классических представлений о поведенииупругопластических тел. Проводится сравнение между эмпирической модельюДжонсона-Кука [5–7], широко используемой при обработке металлов резанием, имоделью инкубационного времени по определению динамического пределатекучести и дается физическая интерпретация параметров модели ДжонсонаКука.8Актуальность темы заключается в необходимости развития методикирасчета прочности при хрупком разрушении и предела текучести припластическом деформировании под действием ударно-волновых нагрузок на базефизически обоснованных и измеримых параметров материала, учитывающихпереход между статическими и динамическими воздействиями, а также впотребностиисследованийдинамическихэффектовпроцессовхрупкогоразрушения и пластического деформирования.Предметом исследования является поведение в рамках единой концепцииинкубационного времени: предела прочности при хрупком разрушении взависимости от скорости деформации при наличии наполнителя, армирующихструктур,масштабногоуровняразрушенияидеформационнойкривойупругопластических материалов под действием ударно-волновых нагрузок посленаступления макроскопической текучести.Целью работы является установка расчетных схем динамического пределапрочности материала при хрупком разрушении и деформационной кривойупругопластических тел на основе общего механизма концепции инкубационноговремени под действием широкого интервала скоростей деформации.В работе решаются следующие задачи:1.
Дать развитие единого подхода, предназначенного для дальнейшеговнедрения в инженерной практике, для расчетов критических напряжений(предел текучести, предел хрупкого разрушения) на одной кривой примедленных и быстрых воздействиях по данным эксперимента с помощьюпростых схем, основанных на введении физически обоснованных иизмеримых параметров.2. Обосновать эффекты неустойчивого поведения динамической прочностиматериала при введении заполнителя, металлических волокон и изучитьповедение прочности бетона в рамках различных определений масштабногоуровня разрушения.93.
Исследовать физический смысл параметров феноменологической моделипластического деформирования на примере динамического эффекта пределатекучести («зуб текучести») и проанализировать деформационную кривую вшироком диапазоне скоростей деформации.4. Обосновать эмпирический закон Джонсона-Кука в рамках структурновременного подхода, привести расчет предела текучести ряда материаловпри высокоскоростных воздействиях.Положения, выносимые на защиту: Определение динамического предела прочности ряда материалов прихрупком разрушении в зависимости от скорости деформации; Объяснение неустойчивого поведения динамической прочности бетона привведениизаполнителя,металлическихволоконпридействиивысокоскоростных нагрузок; Результаты исследований размерного и масштабного эффектов прочностибетонов при ударно-волновых нагрузках; Анализ деформационного поведения чистых металлов с динамическимэффектомпределатекучести(«зубтекучести»)сточкизрениядислокационной модели пластичности; Результаты исследований деформационной кривой в широком диапазонескоростей деформации для крупнозернистых и мелкозернистых металлов; Обоснование эмпирического закона Джонсона-Кука в рамках структурновременного подхода. Прогнозированиединамическогопределатекучестипокритериюинкубационного времени для микро- и нанокристаллического никеля.Методы исследования основываются на апробированных физических моделях.Вычисления критических напряжений (предел текучести при пластическомдеформированииипределпрочности10прихрупкомразрушении)ифеноменологическойдеформационнойкривойосуществляются на основеконцепции инкубационного времени.Достоверностьрезультатовобеспечиваетсяхорошимсоответствиемтеоретических кривых (зависимости предела прочности и предела текучести отскоростидеформации,рассчитанныхнафеноменологическаяосновеконцепциидеформационнаяинкубационногокривая),времени,сэкспериментальными данными, широко обсуждаемыми в литературе; а такжесогласованием с наблюдаемыми динамическими эффектами.Предлагаемая концепция инкубационного времени для процессов хрупкогоразрушения, устанавливающая связь между статическими и динамическимивоздействиями,проверяласьспомощьюсравненияполученнойоценкиинкубационного времени со временем процесса разрушения, приведенного влитературе.Результаты разработанной схемы расчета динамического предела текучестибыли сопоставлены с известной теорией фононного трения дислокаций,объясняющей неустойчивую природу пластической деформации.Научная новизнаНа основе концепции инкубационного времени предложен подходкачественной оценки поведения прочности материала при ударно-волновыхнагрузках.
Предлагаемая интерпретация процесса разрушения в широкоминтервале внешних нагрузок, отличается от классических представлений,опирающихся на статическую прочность, тем, что реакция материала на внешнеевоздействиеописываетсяновымизмеряемымсвойствомматериала(инкубационное время), не зависящим от геометрии образца и историивоздействия.Структурнаячувствительностьновогопараметрапозволяетанализировать влияние структурных изменений на прочностные свойстваматериала и дает возможность выбора оптимальной модификации материала в11зависимости от требуемых условий эксплуатации, как при статических, так и придинамических воздействиях.Впервыепластическомполученадеформированииинкубационноговключающегорасчетнаявременипроцессисхемадеформационнойматериаланаосноведополнительногорелаксацииупругихкривойобщегоусловиянапряженийприкритерияпластичности,вотличиеотклассических критериев пластичности.
Предлагаемая модель позволяет построитьдеформационную кривую в широком диапазоне внешних воздействий не только вслучае проявления динамического эффекта предела прочности (явление «зубатекучести»), наблюдаемого в чистых металлах и наноматериалах, но и дляклассических зависимостей металлов и сплавов, где время процесса релаксациинапряжений меньше, чем время нагрузки материала. Стоит отметить, что длярасчетов деформационной кривой по интегральной модели пластичностинеобходимо знать только инкубационное время, оцениваемое по скоростнымзависимостям предела текучести.
Обнаружена связь инкубационного времени ивремени релаксации, рассчитанного по дислокационной модели.Практическая ценностьКритерий инкубационного времени дает простую и удобную схему расчетадинамической прочности материала в широком интервале нагрузок. Введениеинкубационного времени разрушения как свойства материала способствуетописанию динамических эффектов под влиянием гетерогенности структурыбетона (наличие наполнителя и армирующих структур) в зависимости от выбораусловий эксплуатации. Это позволяет решить проблему колейности дорожногопокрытия выбором для крупнозернистых асфальтовых покрытий, предназаченныхдляэксплуатациипассажирскоготранспорта,материаловсвысокимипрочностными показателями при динамических нагрузках и для мелкозернистыхпокрытий,рассчитанныхнанебольшиескоростиматериалов с высокой статической прочностью.12грузовоготранспорта,Построенная феноменологическая модель пластического деформированияпозволяет прогнозировать деформационную кривую как функцию процесса дляширокого спектра нагрузок (при квазистатических и динамических воздействиях).Использование интегральной модели пластичности для широкого интерваласкоростей деформаций по сравнению с эмпирическими моделями (законДжонсона-Кука), применяемыми при обработке металлов резанием, полезно какболее точный и удобный метод оценки критического напряжения для высокихскоростей деформаций.Знания о критических напряжениях материала для процессов, времякоторых значительно меньше структурного времени материала при хрупкомразрушенииипластичности(соответствующихдинамическомудеформированию), могут быть применены при эксплуатации железобетонныхконструкций, при проектировании асфальтовых покрытий, а также при обработкеметаллов резанием.Апробация работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
