LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 5
(всего 19)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

(6) ругости компонент КМ, т.к. они с удовлетворительной для усталостных экс-
периментов степенью точности описывают рассматриваемую ситуацию.
E(f0) Em ) ?
(0
?
( ) ( )
? ?
= 1 ? ? k1 f ? x ? ? y f ?V f ? (0) + (k1m ? x ? ? ym ) ? 1 ? V f ? (0) ? = Выводы
Eс Eс ?
?
? ? 1. Выявлены и описаны закономерности изменения параметров петли ме-
= 1 ? k1с ? x + ? yс = y1c + ? yc ; ханического гистерезиса для композитов и отдельных компонент при жест-
ком циклическом изгибе боралюминия.
E (f0 ) Em )
(0
( ) 2. Предложено для упрощения расчета при вводе функций определяющих
где k1c = k1 f ? V f ? (0 ) + k1m ? 1 ? V f ? (0 ) – угловой коэффициент наклонной
изменения модулей нормальной упругости заменять их прямыми наклонны-
Ec Ec
ми линиями, т.к. они с достаточной степенью точности описывают характер-
прямой y1c , проходящей через крайние точки AB функции y0 c (рис. 2) для
ный вид этих сложных в описании зависимостей.
композита;
E (f0 ) E (0 ) Список литературы
( )
? yc = ? y f ? V f ? (0 ) + ? ym ? 1 ? V f ? m ) – характеризует степень откло-
( 1. Бычков Н.Г., Петухов А.Н., Пучков Н.В. Некоторые особенности кинетики
Ec0
Ec
деформирования конструкционных материалов при циклическом упругопла-
нения графика функции y0c от прямой с угловым коэффициентом k1c . стическом деформировании // Проблемы прочности. 1986.№11. С.7-11.
При сравнивании экспериментальных данных для боралюминиевой ком- 2. Арефьев Б.А., Гурьев А.В., Носко И.Н. Особенности накопления усталост-
позиции получается удовлетворительное совпадение с проведенными расче- ных повреждений и разрушения композиционного материала алюминий-бор.
тами (рис. 2). ,— Физ. и хим. обраб. материалов, 1981, № 1, С. 96-100.
3. Москвитин В.В. Пластичность при переменных нагружениях. - М.: Изд-во
Моск. ун-та, 1965.-266с.
4. Пучков И.В., Темис Ю.М. Аналитическое описание кривых циклического
упругопластического деформирования конструкционных материалов // Про-
блемы прочности. – 1988. - № 9. – С. 18 – 22.
5. Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов. Пер. с польск./ Под
ред. С.Я. Яремы. М.: Металлургия, 1990. – 623 с.
6. Уткин В.С., Салибеков С.Е., Чубаров В.М. Определение долговечности
композита АД33-В при малоцикловом деформировании чистым изгибом. Ме-
ханика композитных материалов, 1986, №3. С. 468-470.
7. Гурьев А.В., Арефьев Б.А., Носко И.Н., Белов А.А. Связь повреждаемости
волокнистых композиционных материалов с неупругими деформациями. Тема-
тический сборник. Механизмы повреждаемости и прочность гетерогенных ма-
териалов. Ленинград. 1985. С.14–17.
Рис. 2. – Изменение модулей нормальной упругости 8. Белов А.А. Структурные изменения в композиционных материалах при
для композита AL-B и для его составляющих компонент малоцикловых нагружениях. Материалы V Всесоюзного симпозиума “Мало-
- расчет, ? - эксперимент.
цикловая усталость – критерии разрушения и структура материалов”, часть 2.:
Волгоград.: 1987. С. 214.
Это указывает на то, что задача по определению параметров функций ти-
9. Багмутов В.П. Особенности описания процесса циклической ползучести
па y0 описывающих повреждаемость каждой компоненты композита решена
металлического образца при мягком асимметричном растяжении - сжатии.
достаточно корректно. При этом отклонения наклонных линий y1 f и y1m от
/Материаловедение и прочность материалов. Межвузовский сборник научных
кривых y0 f и y0 m для каждой компоненты не превышает 10…15%, а анало- трудов. РПК “Политехник”, Волгоград.: 2003. - с. 73 - 82.


39 40
УДК 539.2 динного меридиана, количество слоев и закон изменения толщины каждого слоя
оболочки.
ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ ОДНОСЛОЙНЫХ И МНОГОСЛОЙНЫХ
Температурное поле предполагается заранее известным из предваритель-
ОБОЛОЧЕК ВРАЩЕНИЯ С УЧЕТОМ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ
ного решения осесимметричной нестационарной задачи теплопроводности по
МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОЛЗУЧЕСТИ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ
одной из апробированных методик или из эксперимента.
ВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ
Механические характеристики материалов задаются в виде мгновенных диа-
Багмутов В.П., Белов А.В., Поливанов А.А., Попов А.Г. грамм деформирования, кривых ползучести и длительной прочности, значений
коэффициентов линейного теплового расширения и коэффициентов Пуассона
В настоящее время в химической промышленности и энергетике широко для ряда фиксированных температур. Эти характеристики должны быть получе-
применяются элементы стальных конструкций, выполненные в виде тонких ны путем проведения соответствующих испытаний образцов, изготовленных из
однослойных и многослойных оболочек вращения. Эти конструкции в про- материалов, находящихся как в исходном, так и в обезуглероженном состоянии.
цессе эксплуатации могут подвергаться воздействию силовых и тепловых Статические и геометрические уравнения записываются в форме геометрически
нагрузок, а также различных агрессивных сред, вызывающих коррозию мате- линейной теории тонких слоистых оболочек вращения. Задача решается в квазиста-
риала. При этом достаточно распространенным видом коррозии является вы- тической постановке в рамках гипотез Кирхгофа – Лява для пакета слоев в целом.
сокотемпературная водородная коррозия сталей. Воздействие водорода на Вдоль меридиана и по толщине оболочка разбивается на малые интервалы
стали может приводить к их обезуглероживанию, что проявляется в сущест- (элементы), напряженное состояние которых можно считать однородным.
венном снижении их жесткости, мгновенной и длительной прочности и пла- Процесс нагружения оболочки разбивается на ряд малых по времени этапов.
стичности. Этот процесс идет тем интенсивнее, чем выше температура, дав- В качестве определяющих уравнений используются соотношения теории
ление водорода и уровень действующих напряжений. Так, например при неизотермических процессов упругопластического деформирования элемен-
тов твердого тела по траекториям малой кривизны, линеаризованные мето-
температуре 500°С и давлении 5 – 10 МПа для cтали 20 по истечении опреде-
дом дополнительных деформаций.
ленного времени модуль упругости может уменьшиться на 20%, коэффици-
За меру повреждаемости в процессе развития деформации ползучести
ент поперечной деформации - на 12 %, а такие механические характеристики,
принят скалярный параметр повреждаемости ?С, характеризующий относи-
как пределы мгновенной и длительной прочности, пластичности снижаются в
еще большей степени [2]. тельную плотность равномерно рассеянных в единице объема микродефектов
Поэтому, для достоверной оценки работоспособности конструкций, нахо- и равный нулю, когда повреждений нет, и близкий к единице в момент раз-
дящихся в условиях термосилового нагружения и воздействия водородосодер- рушения. Учет влияния повреждаемости материалов оболочки на процесс ее
жащей среды необходимо иметь возможность численного моделирования их деформирования осуществляется путем введения параметра повреждаемости
поведения с одновременным учетом всех действующих внешних факторов. в соотношения термовязкопластичности.
Для определения ?С используется кинетическое уравнение повреж-
Для определения несущей способности и долговечности конструкций в
виде тонких однослойных и многослойных оболочек вращения с учетом вы- даемости материалов вследствие ползучести, в форме предложенной Ю.Н.
сокотемпературной водородной коррозии, будем использовать методику, Работновым:
разработанную авторами и изложенную в работах [3, 4, 5]. Данная методика Q
(1)
? ?Э ? i
d?C
= Ci ?
?1? ? ? .
позволяет исследовать историю изменения осесимметричного упругопласти- ?
dt ? C?
ческого напряженно – деформированного состояния однослойных и много-
слойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материалов при пол-
Здесь ?Э – эквивалентное напряжение, с помощью которого учитывается
зучести и оценивать их несущую способность и долговечность. А для учета
влияние вида напряженного состояния элемента оболочки на развитие процес-
влияния высокотемпературной водородной коррозии дополним данную ме-
са накопления повреждений; Сi и Qi – некоторые характеристики i – го мате-
тодику моделью воздействия на конструкцию водородосодержащей сре-
риала, определяемые из условия наилучшей аппроксимации соответствующих
ды [1].
участков диаграмм длительной прочности.
При этом будем рассматривать тонкую оболочку вращения, состоящую из
Учет влияния высокотемпературной водородной коррозии будем осуще-
нескольких слоев переменной толщины, с произвольной формой меридиана,
ствлять с использованием модели [1]. В соответствии с этой которой влияние
первоначально находящуюся в естественном ненапряженном состоянии при
водорода на свойства материала представляется в виде кусочно-линейного
начальной температуре, а затем подвергающуюся неравномерному нагреву и
закона для параметра химического взаимодействия водорода с материалом
действию распределенных нагрузок, симметричных относительно оси вра-
конструкции µ, изменяющегося от 0 до 1 и характеризующего степень пора-
щении и не вызывающих деформации кручения.
жения материала вследствие водородной коррозии:
Форма оболочки задается величинами, определяющими конфигурацию ее сре-

41 42
Начиная с момента времени t > t*кр при расчете оболочки влияние водо-
? при t < tинк ;
0,
? родной коррозии будем учитывать путем выделения в стенке оболочки внут-
µ = ?(t ? tинк ) (t кр ? tинк ), при t кр < t < tинк ; (2)
реннего обезуглероженного слоя, с соответствующими механическими ха-
? рактеристиками. Это фактически будет соответствовать введению нового
при t ? t кр ;
1,
?
слоя материала и тем самым однослойная оболочка превратится в двухслой-
где tинк=k p-u exp(Q/T) – продолжительность инкубационного периода, в ную с подвижной границей между слоями. Толщина этого слоя будет опре-
течении которого не происходит изменения свойств материала; tкр=? tинк – деляться с использованием соотношения (4) или (5) и для каждого момента
момент времени, совпадающий с завершением химических превращений в времени деформирования оболочки будет равняться значению перемещения
материале и изменением (ухудшением) его механических характеристик; p – фронта обезуглероживания.
парциальное давление водорода; T – температура, К; k, u, Q – некоторые кон- Таким образом, начиная с момента времени t > t*кр расчет однослойной
станты экспериментально определяемые для различных марок стали, ? – па- оболочки с учетом высокотемпературной водородной коррозии сводится к
раметр, показывающий во сколько раз время до завершения изменений меха- расчету двухслойной оболочки, состоящей из слоев материала в исходном и в
нических свойств материала в рассматриваемых точках конструкции превы- обезуглероженном состояниях. Причем, поскольку толщина оболочки неиз-
шает продолжительность инкубационного периода для этих точек, т.е. менна, а толщина обезуглероженного слоя постоянно увеличивается, то гра-
? =tкр/tинк . (3) ница между слоями будет перемещаться от внутренней поверхности оболоч-
Поскольку конструкции в виде оболочек, как правило находятся под дей- ки к наружной. В случае многослойной оболочки по истечении времени t*кр
ствием внутреннего давления Pв, то воздействие водорода на их материал со стороны внутренней поверхности оболочки вводится дополнительный
начинается с внутренней поверхности оболочки и по мере проникновения слой обезуглероженного материала переменной толщины. Граница этого
водорода в материал эти процессы также распространяются в глубь материа- слоя также будет перемещаться от внутренней поверхности оболочки к на-
ла. Так после завершения процесса изменения механических свойств в точ- ружной, проходя последовательно каждый слой. При этом в расчете необхо-
ках внутренней поверхности оболочки при t = t*кр, в этих точках материал димо использовать характеристики соответствующего материала в обезугле-
полностью обезуглероживается и затем фронт обезуглероживания будет пе- роженном состоянии. Этот процесс в конечном итоге, может привести к пол-
ремещаться от внутренней поверхности оболочки к внешней. ному обезуглероживанию всех материалов оболочки.
Кинетика перемещения фронта обезуглероживания в случае отсутствия Таким образом, исследуя историю изменения напряженно - деформиро-
давления на внешней поверхности будет определяться следующим выраже- ванного состояния оболочки с учетом повреждаемости материала при ползу-
нием [1]: чести и перемещения фронта обезуглероживания ее материалов и используя
для пластины: соответствующие критерии мгновенной и длительной прочности, можно
1
оценить ее несущую способность и долговечность с учетом воздействия всех
? k ? ? ? exp(B T ) ? 2?u
z
?, (4)
=1? ? вышеназванных факторов.
? tфронта ? Pв ?
u
h ? ?
для оболочки: Список литературы
?? h ? ?
f
1. Овчинников И.Г., Хвалько Т.А. Работоспособность конструкций в услови-
z = rв ??1 + ? ? 1? , (5)
? r? ях высокотемпературной водородной коррозии: Саратов, 2003. 176 с.
?? ?
в?
? ? 2. Арчаков Ю.И. Водородная коррозия стали. М.: Металлургия, 1985. 192 с.
где z - глубина обезуглероживания, отсчитываемая от внутренней поверх- 3. Белов А.В. Осесимметричное упругопластическое напряженно – деформи-
ности оболочки; h = rн - rв – толщина оболочки; rн, rв - внутренний и наружный рованное состояние оболочек вращения с учетом повреждаемости материала
радиус оболочки; tфронта – время для которого определяется глубина обезугле- при ползучести: Автореферат дисс. канд. техн. наук. – Киев, 1989. – 18 с.
роживания; f –параметр, определяемый из следующего соотношения [1]: 4. Поливанов А.А. Осесимметричное упругопластическое деформирование
многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материала при
1
? k ? ? ? exp(B T ) ? 2 ?u
ползучести: Автореферат дисс. канд. техн. наук. – Волгоград, 2004. – 19 с.
. (6)
f = 1? ? ? 5. V. Bagmutov, A. Belov, A. Polivanov Damage Calculation Features of Multi-
? tфронта ? Pв ?
u
? ?
layered Shells of Rotation at Thermo – Viscous – Elasto – Plastic Strain //
MECHANIKA, 2004, No 3(47) – p. 19 – 23.
Поскольку в течение периода времени t ? t*кр изменение механических
характеристик материала практически не происходит, то в этом интервале
времени нагружения оболочки ее расчет будем производить без учета водо-
родной коррозии, непосредственно используя методику [3, 4, 5].

43 44
УДК 539.2 ной коррозии показали, что максимальные значения интенсивности напряже-
ний не превышают пределов текучести, ползучести и длительной прочности
НАПРЯЖЕННО – ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗГИБАЕМОЙ
материала, то есть при этом в ее материале не возникает пластических дефор-
КОЛЬЦЕВОЙ ПЛАСТИНЫ С УЧЕТОМ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ
маций и не происходит накопление деформаций ползучести и повреждаемости.
МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОЛЗУЧЕСТИ И ВОДОРОДНОЙ КОРРОЗИИ
Таким образом, если не учитывать влияние высокотемпературной водородной
Багмутов В.П., Белов А.В., Поливанов А.А., Попов А.Г. коррозии материала, рассматриваемая пластина при данных условиях нагру-
жения будет обладать практически неограниченным ресурсом.
Рассмотрим напряженно – деформированное состояние равномерно на- С целью получения более достоверного результата производился расчет
несущей способности и длительной прочности данной пластины с учетом
гретой до температуры 500°С кольцевой пластины, находящейся под воздей-
высокотемпературной водородной коррозии. При этом использовалась мо-
ствием водорода при давлении 5 МПа. Пластина изготовлена из материала
дель воздействия на конструкцию водородосодержащей среды в форме,
сталь 20 и имеет следующие геометрические размеры: R = 110 мм, r = 65 мм,
? = 10 мм (рис. 1). Давление водорода осуществляется с верхней стороны, предложенной И.Г. Овчинниковым [1]. Согласно этой модели, водород при
высокой температуре и давлении действует на поверхность и проникает
при этом внешний и внутренний кольцевые контуры пластины имеют шар-
вглубь элемента конструкции, создавая внутреннее давление, распределенное
нирно – неподвижное опирание.
по некоторому закону. Причем на протяжении некоторого периода, называе-
P Z мого инкубационным, заметного изменения свойств стали не происходит.
Длительность инкубационного периода будем рассчитывать с использовани-
r ем следующего соотношения [1]:
? S

tинк = k ? p ? u ? exp(B T ) ,
R (1)
Рис. 1.
где k, u и B – константы материала, которые для стали 20 принимают сле-
При заданных условиях нагружения пластины в ее материале могут воз- дующие значения: k = 1,49 ? 10 -5 (МПа)u, ч; u = 1,73; B = 13500, К; T – темпе-
никать, помимо мгновенных деформаций, деформации ползучести, которые ратура, К; p – парциальное давление водорода в МПа. Длительность инкуба-
сопровождаются накоплением повреждений. Кроме того, воздействие давле- ционного периода для стали 20 при данных условиях нагружения составила
ния водорода при высокой температуре приводит к обезуглероживанию ста- 35,4 ч.
ли и существенному изменению ее механических свойств, таких, как: модуль По истечении инкубационного периода водород вступает в химическую
упругости, коэффициент поперечной деформации, скорость ползучести, и реакцию с компонентами материала, что приводит к обезуглероживанию ста-
пределы текучести, мгновенной и длительной прочности. ли и изменению ее механических свойств до некоторых фиксированных зна-
Рассматриваемая задача решалась в следующих постановках: чений. Этот период развития водородной коррозии называется периодом ак-
- термовязкоупругопластической с учетом повреждаемости материала при тивных химических превращений, происходящих в материале. Время окон-
ползучести; чания этого периода tкр будем рассчитывать по формуле [1]:
- термовязкоупругопластической с учетом повреждаемости материала при
ползучести и водородной коррозии. tкр = ? ? t инк , (2)
Для проведения расчетов использовалась разработанная авторами мето-
дика решения комплексной задачи по оценке квазистатической прочности,
здесь ? - коэффициент, показывающий, во сколько раз время до завершения
жесткости и долговечности многослойных оболочек вращения с учетом не-
изменения механических свойств превышает продолжительность инкубаци-
обратимых деформаций и повреждаемости материала вследствие темпера-
онного периода. В данном расчете ? принималось равным 5. Расчетное зна-
турной ползучести, подробно изложенная в публикациях [3 – 5].
чение величины tкр = 182 ч.
При этом за меру повреждаемости материала при ползучести принят ска-
Расчет кинетики движения фронта обезуглероживания производился с ис-
лярный параметр повреждаемости, характеризующий относительную плот-
пользованием следующего соотношения [1]:
ность равномерно рассеянных в единице объема микродефектов и равный
нулю, когда повреждений нет, и значению, близкому к единице – в момент
1
разрушения. Для его определения используется кинетическое уравнение по- ? k ? ? ? exp(B T ) ? 2?u ,
z (3)
=1? ?
вреждаемости Ю.Н. Работнова [6]. ?
? tфронта ? p
u
h ?
? ?
Расчеты пластины при указанных условиях нагружения без учета водород-

45 46
где z – глубина обезуглероживания материала, отсчитываемая от поверхности пла- На рис. 2 приведены кривые, показывающие распределение меридио-
нальных ?ss (а) и окружных ??? (б) напряжений на нижней поверхности пла-
стины, непосредственно контактирующей с водородом; h – толщина пластины;
tфронта – время, для которого определятся глубина обезуглероживания материала. стины (S – координата, отсчитываемая от центральной оси Z). Кривая «1»
Учет воздействия водорода на материал пластины осуществлялся сле- соответствует моменту времени 1 ч, кривая «2» – 3000 ч., кривая «3» – 4500
дующим образом. В течение времени t ? (tинк + tкр) пластина рассматривалась ч. (перед разрушением), кривая «4» – 4510 ч. (начало процесса разруше-
как однослойная с материалом, обладающим исходными механическими ния). Наиболее напряженными точками нижней поверхности пластины явля-
свойствами. При t > (tинк + tкр) вводился слой полностью обезуглероженного ется точки, отстоящие от края отверстия на расстоянии 20 мм. При этом на
материала, толщина которого изменялась автоматически в соответствии с верхний поверхности пластины, подверженной действию водорода, имеют
соотношением (3). При этом влияние уровня напряжений на скорость обезуг- место преимущественно сжимающие напряжения. По мере обезуглерожива-
лероживания в данном расчете не учитывалось. ния материала пластины происходит снижение его прочностных свойств. Это
Некоторые результаты расчетов приведены на рис. 2. приводит к разгрузке точек поверхности, подверженных действию водорода.
В результате в точках нижней поверхности напряжения возрастают, что вы-
?ss, МПа
зывает развитие деформаций ползучести и накопление повреждаемости. В
80
2 результате к моменту времени tL = 4508 ч. в точке нижней поверхности пла-
стины, отстоящей от края отверстия на 20 мм, параметр повреждаемости ?С
достигает своего предельного значения, и это время принимается за время
60
разрушения пластины.
3
Таким образом, для достоверной оценки несущей способности и долго-
1
вечности стальных конструкций, при термосиловом нагружении и воздейст-
40 вии водородосодержащей среды, необходимо учитывать комплексное влия-
ние всех этих факторов.
4
20 Список литературы
1. Овчинников И.Г., Хвалько Т.А. Работоспособность конструкций в услови-
ях высокотемпературной водородной коррозии: Саратов, 2003. 176 с.
2. Арчаков Ю.И. Водородная коррозия стали. М.: Металлургия, 1985. 192 с.
0
65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 S, мм
3. Белов А.В. Осесимметричное упругопластическое напряженно – деформи-
а)
рованное состояние оболочек вращения с учетом повреждаемости материала
???, МПа при ползучести: Автореферат дисс. канд. техн. наук. – Киев, 1989. – 18 с.
40
4. Поливанов А.А. Осесимметричное упругопластическое деформирование
2
многослойных оболочек вращения с учетом повреждаемости материала при
30 ползучести: Автореферат дисс. канд. техн. наук. – Волгоград, 2004. – 19 с.
3
5. V. Bagmutov, A. Belov, A. Polivanov Damage Calculation Features of Multi-
layered Shells of Rotation at Thermo – Viscous – Elasto – Plastic Strain //
20
MECHANIKA, 2004, No 3(47) – p. 19 – 23.
4 6. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. - М.: Наука, 1966. -
10
1 752 с.
0

- 10

- 20
65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 S, мм
б)
Рис. 2.

47 48
УДК 621.787 УДК 621.787.001.57:621.746.6:669.14
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ
ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ В ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Багмутов В.П., Захаров И.Н., Иванников А.Ю., Ермолов В.С. Багмутов В.П., Захаров И.Н., Поплавский Е.В., Захарова Е.Б.

Рассматривается математическая модель одноосного растяжения цилинд- Рассматривается решение задачи математического моделирования физи-
рического стержня с неоднородным как по радиусу, так и по его длине уп- ческих процессов получения и обработки металлов в современных техноло-
рочненным с поверхности слоем при действии на образец осевой нагрузки и гических установках и системах в условиях существенно градиентного и вы-
переменного по его объему поля температур. сокотемпературного поля с учетом эволюции во времени и пространстве это-
При решении упругой и упруго-пластической задачи используется соче- го поля и вызванных им структурно-фазовых и напряженно-
тание аналитических и численных методов, когда наряду с простыми (анали- деформированных состояний. Обсуждаются основные подходы и особенно-
тическими) моделями механического поведения композитной среды, постро- сти разработки многоуровневой адаптивной универсальной системы взаимо-
енными на определенной системе гипотез, используются более точные чис- связанных математических моделей, описывающих указанные нестационар-
ленные модели, на основе метода конечных разностей и конечных элементов. ные процессы, а также некоторые результаты реализации развиваемого под-
Так, в упрощенной аналитической модели, исходя из реальных картин из- хода.
менения микротвердости и структуры поверхностно упрочненного образца, Решение поставленной задачи основано на разработке системы взаимо-
последний моделируется в виде неоднородного вдоль оси стержня, состояще- связанных и функционально предназначенных для этого частных моделей
го из отдельных суперэлементов. Под термином суперэлемент подразумева- температурного поля, структуры и напряженно-деформированного состояния
ется многослойный композитный цилиндр, совокупностью которых и описы- твердого тела на всех этапах их формирования, определяемых эволюциями
ваются изменения свойств, структуры и температуры реального образца во времени и перемещениями в пространстве температурного поля (рис.1).
вдоль оси и по радиусу. В этом случае спиралеобразные треки белого слоя, а В рамках рассматриваемой идеологии моделирования анализ температур-
также зоны отпуска и прослойки основного материала моделируются кольце- ного поля в данной работе выполнен путем решения методом конечных раз-
выми слоями соответствующих размеров и взаимного расположения. ностей трехмерного уравнения теплопроводности с коэффициентами, зави-
Расчет температурных и фазовых напряжений производится по данным о сящими от температуры, при нелинейных граничных условиях [1, 2].
динамике изменения температурных полей и структуры материала в ходе При решении температурных задач учитывается реальная форма иссле-
высокотемпературного воздействия. На этом этапе методом конечных разно- дуемого тела, временная и пространственная конфигурация теплового источ-
стей решается уравнение Пуассона, записанное для термоупругого потенциа- ника, а также перемещение зоны теплового воздействия источника энергии
ла перемещений, при нулевых граничных условиях. Механическое поведение по поверхности материала, если это необходимо [1, 2]. При моделировании
образца описывается при помощи функции перемещений Лява для осесим- высокоинтенсивных нестационарных процессов (например, при воздействии
метричной задачи классической теории упругости. на материал концентрированных потоков энергии в условиях электромехани-
Особое место в системе моделей напряженно-деформированного состоя- ческой, лазерной обработок и др.) на данном этапе необходимо дополнитель-
ния локально и глобально неоднородного тела, сформированного после со- но учитывать конечность скорости распространения (инерцию) тепла. В за-
временных высокоэнергетических технологий, отводится моделям реконст- дачах с фазовыми переходами (например, при исследовании процессов кри-
рукции физико-механических характеристик специфических зон, опреде- сталлизации стального слитка) учитывается скрытая теплота фазовых пре-
ляющих комплекс служебных характеристик изделия. Последние модели вращений на основе решения как чисто тепловой, так и термодиффузионной
имеют расчетно-экспериментальный характер и базируются на решении об- задачи Стефана (при кристаллизации бинарного сплава).
ратных задач. Примером может служить расчетное определение механиче- Модель структурно-фазовых состояний стали [1, 3] базируется на числен-
ских характеристик прочности и пластичности упрочненных слоев, которое ном анализе диаграммы состояния железо-углерод и диаграммы распада пе-
производится на основе сопоставления решения обратной задачи по упруго- реохлажденного аустенита при известных параметрах температурного поля и
пластическому деформированию образца с регулярной макроструктурой по- скоростей нагрева-охлаждения. При этом данная модель в каждом конкрет-
верхности с некоторым набором экспериментальных данных. ном случае должна быть дополнена соотношениями, описывающими особен-
ности получения и обработки изделия.




49 50
учет влияния скорости изменения температурного поля на сдвиг температур
фазовых превращений [4]. При затвердевании жидкого расплава необходимо
рассматривать известные классификации [5] кристаллической структуры ме-
таллических тел по градиенту температурного поля [1].
Кроме того, для остывающего слитка существенными при анализе его ка-
чества оказываются модели формирования различных по плотности и де-
фектности областей в его объеме. Расчет параметров конуса осаждения в
объеме застывающего слитка производится на основе анализа скорости гра-
витационного выпадения твердых частиц в расплаве с учетом их плотности
при данной температуре. При рассмотрении процессов затвердевания жидко-
го металла разработана новая дополнительная модель массопереноса для

<< Пред. стр.

страница 5
(всего 19)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign