Автореферат (1150862), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Эти гипотезы записаны ввиде уравнений 1 - 4:21ℎ122ℎ2СПФ = 1 +(1)( − ) , Упр = 2 +( + ),ℎ12ℎ22ℎ1 1 + ℎ2 2 = 0,(2)1 = 2 ,(3)ℎ2 (1 − 1 ) + ℎ1 (2 − 2 ) = 0(4)Определяющие соотношения были получены путем аппроксимацииизотермических упруго-пластических диаграмм деформирования материаловслоев композита и имели следующий вид:1111 = 1∗ + ( − ) H(|1∗ | − 1 )H(|1∗ |)1∗(5)11 11112∗ + ( − ) H(|2∗ | − 2 )H(|2∗ |)2∗ ,(6)22 2где, Ei и Hi — модуль Юнга и коэффициент упрочнения — напряжениетечения i –го слоя (i = 1 соответствует слою с памятью формы, i = 2 соответствуетупруго-пластическому слою), ∗ — действующее в i – м слое напряжение(например, в наружном слое с памятью формы ∗ = 1 = 1 + 1 ),H — функция Хевисайда: H(x) = 1 при x > 0, и H(x) = 0 при x ≤ 0.
Посколькумодуль упругости никелида титана при нагрузке и при разгрузке можетотличаться, эта особенность была учтена при расчете.Деформация элемента из сплава с памятью формы при изменениитемпературы складывается из упругого формоизменения, деформации тепловогорасширения, деформации, связанной с фазовым переходом, и микропластическойдеформации, обусловленной аккомодацией мартенсита. При этом деформацию,обусловленную фазовым превращением, считали пропорциональной объемнойдоле мартенситной фазы Ф - 1Ф = 0 Φ, где 0 - коэффициентпропорциональности), а микропластическую деформацию — пропорциональнойфазовой деформации при прямом мартенситном переходе с коэффициентомпропорциональности, равным коэффициенту Kr возврата деформации в образцеиз сплава с памятью формы:1 = (1 − )1Ф H(1Ф ),(7)2 =yi13Таким образом, уравнение (5) приобрело следующий вид:111y(A)1 = { + [( − ) H(|σ1∗ | − σ1 )H(|σ1∗ |)] (1 − Φ)} 1∗11 1111y(M)+ { − ( − ) H(|σ1∗ | − σ1 )H(|σ1∗ |)} ∗ Φ + 0 Φ111+ 1(8)где верхний индексы А и М при коэффициентах 1 , 1 и 1 обозначаютаустенитную и мартенситную фазы соответственно.Показано, что решение системы состоящей из уравнений (1)-(4), (6) и (8)позволяет определить напряжение и деформацию внешних и внутренних волоконслоев при деформировании биметалла и изменении температуры.
Для реализациимодельных экспериментов была создана универсальная программа, в ходевыполнения которой происходила симуляция механических и термическихвоздействий на объект, подобных тем, которые реализовали в реальныхэкспериментахПолучены модельные(б)(а)зависимости − длявнутренних и внешнихслоев каждого композита(Рис. 7) и проведен иханализ. Точками 1 – 4обозначеныэтапыРис. 7.
Зависимости σ – ε для внешних волокон слоя из сплава сэкспериментальнойпамятью формы (а) и упругого слоя (б).процедуры.01предварительное деформирование; 12 – разгрузка; 23 – первый нагрев; 34охлаждение и 45 – второе нагревание. Таким образом, предложенная модельпозволяет определить напряжение и деформацию в каждом из слоев композитапо отдельности и на каждом этапе вычислительной процедуры. С помощьюполученных зависимостей было построено распределение напряжений идеформаций по толщине биметаллического композита (Рис.8).
Результатычисленного эксперимента показали, что нейтральная линия, соответствующаяволокну с нулевой деформацией, перемещается по толщине биметалла и можетмногократно переходить из одного слоя в другой. Установлено, что наибольшаявеличина обратимой деформации наблюдается в том случае, когда нейтральнаялиния в точках (1) и (2) на рисунке совпадает с границей раздела двух слоев.(а)(б)Рис. 8. Распределение напряжений (а) и деформаций (б) по толщинам слоев на разных этапахмодельного эксперимента, соответствующих точкам (1)-(5) на Рис. 7.14Сравнение полученных расчетных данных с экспериментальнымирезультатами показало хорошее совпадение (Рис. 9), что однозначно указываетна то, что используемая модель удовлетворительно описывает функциональныесвойства биметаллического композита.Рис.
9. Сравнение экспериментальных и расчетных зависимост обратимойдеформации от остаточной, полученных в биметаллах “сталь Х18Н10Т –Ti49,4Ni50,6” (а) и “Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50” (б), подвергнутых отжигу при температуре600 оС.ВЫВОДЫ1.В результате сварки взрывом температурная кинетика мартенситныхпревращений в никелиде титана существенно изменяется: расширяютсятемпературные интервалы превращений и смещаются характеристическиетемпературы.
Такие изменения являются следствием большой пластическойдеформации соударяющихся пластин. Высокотемпературная обработка притемпературах, больших 450оС, приводит к восстановлению характеристикмартенситных превращений.2.Термобиметаллы с эффектом памяти формы после предварительнойдеформацииобратимодеформируютсяпритермоциклировании.Деформирование происходит в узком интервале температур, соответствующемтемпературному интервалу мартенситных превращений, происходящих в сплавес эффектом памяти формы.3.В биметаллических пластинах обратимая деформация завасит отсоотношения толщин слоя с памятью формы и упруго-пластического слоя.
Вкомпозите “сталь Х18Н10Т – Ti49,4Ni50,6” максимальная обратимая деформацияимеет место при отношении толщин слоя из сплава TiNi к общей толщинебиметаллического композита равном 60 – 65 %. В композите “Ti49,3Ni50,7 –Ti50Ni50” это соотношение составляет 55 – 60 %.4.Величина самопроизвольной обратимой деформации зависит от режиматермообработки и величины остаточной деформации и достигает 1 %. Примногократных теплосменах величина обратимой деформации изменяетсянезначительно и может, как уменьшаться, так и возрастать в зависимости отвеличины предварительной деформации биметаллического композита.5.Выполнено компьютерное моделирование напряженно-деформированногосостояния в различных слоях биметаллического композита при изотермическомдеформировании и изменении температуры с использованием модели,учитывающей упруго-пластические свойства материалов композита ифункциональные свойства сплава с эффектом памяти формы, связанные с15мартенситными фазовыми превращениями.
Компьютерные расчеты обратимойдеформации биметаллов в зависимости от размеров слоев композита ипредварительнойдеформацииудовлетворительносоответствуютэкспериментальным данным, что позволяет сделать заключение о применимостииспользуемой модели для расчета и прогнозирования функциональномеханических свойств биметаллов с эффектом памяти формы.СПИСОК РАБОТ, ОПУЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИСтатьи в журналах, рекомендованных ВАК:1.Беляев С.П., Рубаник В.В., Реснина Н.Н., Рубаник В.В.
мл., Ломакин И.В.,Рубаник О.Е. Влияние предварительной деформации на функциональныесвойства биметаллического композита «TiNi –сталь»// Вестник тамбовскогоуниверситета. Серия: Естественные и технические науки. Том 15, вып. 3, 2010,стр. 1152-1155.2.Belyaev S., Rubanik V., Resnina N., Rubanik V.(jr), Rubanik O., Borisov V.,Lomakin I. Functional properties of bimetal composite of “stainless steel – TiNi alloy”produced by explosion welding// Physics Procedia, vol. 10, 2010, p. 52-57.3.Беляев С.П., Рубаник В.В., Реснина Н.Н., Рубаник В.В. мл., Ломакин И.В.Мартенситные превращения и обратимая деформация в биметаллическомкомпозите Ti49,3Ni50,7 – Ti50Ni50 // Вестник тамбовского университета.
Серия:Естественные и технические науки. Том 18, вып. 4, 2013, стр. 2029.4.S. Belyaev, V. Rubanik, N. Resnina, V. Rubanik Jr., I. Lomakin. Functionalproperties of ‘Ti50Ni50-Ti49.3Ni50.7’ shape memory composite produced by explosionwelding// Smart Materials and Structures 23 (2014) 085029 (8pp).Статьи в других изданиях:5. V. Rubanik, V.
Rubanik (jr.), N. Resnina, S. Belyaev, O. Rubanik, I, Lomakin.Influence of annealing on kinetics of martensitic transformations and structure inbimetal composite “stainless steel - TiNi” produсed by explosion welding// The 8thEuropean Symposium on Martensitic Transformations (ESOMAT), Prague, 2009. —P. 1306. Беляев С.П., Рубаник В.В., Реснина Н.Н., Рубаник В.В. мл, , РубаникО.Е.,Ломакин И.В. Функциональные свойства биметаллического композита“сплав TiNi - сталь”, полученного сваркой взрывом// Сборник материалов 50-гомеждународного симпозиума «Актуальные проблемы прочности» 27 сентября –1 октября 2010 г.
Витебск, Беларусь Часть 1, с.130-132.7. Реснина Н.Н., Беляев С.П., Рубаник В.В., Рубаник В.В. мл., Ломакин И.В.Обратимая деформация в биметаллическом композите «Сталь – сплав TiNi спамятью формы»// Материалы 51-й международной конференции “Актуальныепроблемы прочности” 16 - 20 мая 2011 г., Харьков, Украина, с. 258.8.С.П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
