НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Халімон Олександр Павлович

УДК 539.4

МОДЕЛЬ НАКОПИЧЕННЯ РОЗСІЯНИХ ПОШКОДЖЕНЬ В КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛАХ ПРИ ПРУЖНО-ПЛАСТИЧНОМУ ДЕФОРМУВАННІ

Спеціальність 01.02.04 –

Механіка деформівного твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано на кафедрі динаміки і міцності машин та опору матеріалів Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор

Бобир Микола Іванович

Національний технічний університет України “КПІ”

Міністерства освіти і науки України,

завідувач кафедри динаміки і міцності машин та опору матеріалів.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Голуб Владислав Петрович

Інститут механіки ім. С.П.Тимошенка НАН України,

завідувач відділом механіки повзучості.

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Бородій Михайло Васильович

Інститут проблем міцності ім. Г.С.Писаренка НАН України,

відділ міцності матеріалів і елементів конструкцій при кріогенних температурах.

Захист відбудеться “22” жовтня 2007 р. о 15 годині,

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.01 при Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м.Київ-56, пр.Перемоги, 37, корп.№1, ауд.№166

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”

за адресою: 03056, м.Київ-56, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розіслано “__” _________ 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

д.т.н., проф. О.О.Боронко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. На сьогодні проблемі достовірного прогнозування ресурсу експлуатації відповідальних елементів конструкцій виробів нової техніки машинобудівного комплексу на стадії їх проектування та залишкового ресурсу на стадії їх експлуатації приділяється велика увага у всіх промислово розвинених країнах світу.

В більшості існуючих методик, що базуються на використанні тріщиностійкості, J-інтегралу, коефіцієнтів інтенсивності напружень і т.д., проводиться тільки аналіз руйнування і локалізованих пластичних деформацій в матеріалі при наявності макротріщини (стадія живучості). Ця стадія становить близько 10% ресурсу експлуатації відповідальних елементів конструкцій. Сучасні методи неруйнівного контролю не можуть прогнозувати виникнення макротріщини, вони тільки констатують її наявність. Перспективним є використання основних положень континуальної механіки пошкоджень (КМП) в якості основ універсального методу розрахунку несучої спроможності елементів конструкцій (на стадії зародження макротріщини). При цьому феноменологічний підхід має переваги в інженерній практиці по відношенню до фізичних (більш трудомістких) методів.

КМП є напрямком механіки твердого деформівного тіла, що швидко розвивається, основні ідеї якої були сформульовані Л.М.Качановим та Ю.М.Работновим стосовно руйнування при повзучості в умовах одновісного навантаження. В КМП під пошкодженням розуміють сукупність неперервних мікроструктурних змін в матеріалі, що викликано деякими незворотними процесами при термомеханічному технологічному та експлуатаційному навантаженнях. Пошкоджуваність інтегрально відображає зниження (деградацію) механічних та експлуатаційних характеристик матеріалу. В КМП мікродефекти усереднюються по об’єму матеріалу з тим, щоб їх сумісний вплив на поведінку матеріалу при експлуатації можна було розглядати на континуальному рівні.

На сьогодні в КМП не існує єдиної концепції аналізу закономірностей формування та еволюції пошкоджень, що ускладнює вибір критеріїв, які описують зародження та накопичення пошкоджень, а також кількісну оцінку цих явищ, враховуючи два механізми руйнування (відрив та зріз).

Отримані теоретичні та експериментальні результати обмежені класом простих навантажень і у більшості випадків викладені у незручній для практичного використання формі. Крім того, залишається не вивченим процес накопичення пошкоджень в залежності від виду напруженого стану та історії навантаження.

Побудова фізично адекватних теоретичних моделей накопичення пошкоджень і руйнування конструкційних матеріалів (на стадії зародження макротріщини), а також контроль та прогнозування властивостей матеріалів у процесі експлуатації вимагає дослідження кінетики накопичення пошкоджень в конструкційних матеріалах під дією складних умов навантаження.

На сьогодні, в основному, розроблені визначальні рівняння та критерії руйнування для умов одновісного напруженого стану. В багатьох випадках, пошкоджуваність може розглядатися як ізотропна. В той же час, виходячи із двох механізмів руйнування (відрив та зріз), поки не конкретизовані закономірності кінетики накопичення пошкоджень при розтягу, стиску та крученні. Для прогнозування ресурсу експлуатації елементів конструкцій на стадії їх проектування та залишкового ресурсу на стадії експлуатації необхідно мати відповідну модель накопичення мікропошкоджень та критерій руйнування (на стадії зародження макротріщини) для умов складного напруженого стану.

Виходячи з викладеного, розробка адекватної феноменологічної моделі пошкоджуваності конструкційного матеріалу та критерію руйнування на стадії зародження макротріщини для умов складного напруженого стану є актуальною задачею, що становить науковий і практичний інтерес.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану наукових досліджень, проведених на кафедрі динаміки і міцності машин та опору матеріалів механіко-машинобудівного інституту Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за держбюджетними темами: “Розробка методу прогнозування ресурсу експлуатації конструкцій при складному неізотермічному малоцикловому навантаженні з урахуванням пошкоджуваності” (держреєстрація №0103U000154) та “ Розроблення методу діагностики технічного стану та прогнозування ресурсу конструкцій з урахуванням технологічної і експлуатаційної спадковості” (держреєстрація №0106U002266).

Мета і задачі роботи. Мета роботи – на основі теоретичних та експериментальних досліджень розробити адекватну узагальнену феноменологічну модель пошкоджуваності та критерій руйнування (на стадії зародження макротріщини) металічних конструкційних матеріалів при пружно-пластичному деформуванні для умов складного напруженого стану.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішені наступні задачі:

·

·

·

Об’єктом досліджень є кінетика накопичення розсіяних пошкоджень в металічних конструкційних матеріалах при в умовах складного напруженого стану.

Предметом досліджень є моделювання процесів накопичення мікропошкоджень та визначення критерію руйнування (на стадії зародження макротріщини) металічних конструкційних матеріалів при пружно-пластичному деформуванні, в умовах плоского напруженого стану.

Методи досліджень. Робота базується на основних положеннях термодинаміки незворотних процесів, механіки твердого деформівного тіла та КМП. Робота базується на вдосконаленні існуючих феноменологічних моделей пошкоджуваності з метою розробки адекватної узагальненої феноменологічної моделі та критерію зародження макротріщини, які враховують вплив виду навантаження. Точність розробленого методу перевірялась шляхом зіставлення розрахункових даних із результатами експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів

- Розроблено узагальнену феноменологічну модель накопичення мікропошкоджень, яка враховує вид напруженого стану при статичному та повторно-змінному навантаженнях. При цьому процес накопичення мікропошкоджень при складному напруженому стані розглядається як комбінація дії двох механізмів руйнування: відриву та зсуву. Модель Леметра з поверхнею навантаження типу Мізеса є частковим випадком розробленої моделі.

- Отримано узагальнений критерій руйнування конструкційних металічних матеріалів (на стадії зародження макротріщини) при складному напруженому стані.

- Показано вплив знаку першого інваріанту тензора напружень на кінетику накопичення пошкоджень. Встановлені стійкі кореляційні зв’язки між різними методами оцінки пошкодженості матеріалу: зміна модуля пружності та питомого електроопору.

Практичне значення одержаних результатів.

Отримана модель накопичення розсіяних мікропошкоджень може широко використовуватись для розв’язку практичних інженерних задач по уточненому визначенню напружено-деформованого та граничного стану несучих елементів конструкцій. Отримано комплекс нових експериментальних даних по закономірностях кінетики накопичення пошкоджень при різних траєкторіях навантаження для сучасних металевих конструкційних матеріалів. Результати роботи впроваджені в конструкторську та технологічну практику підприємств авіаційної промисловості при проектуванні технологічних процесів поверхневого зміцнення панелей в зонах концентрації напружень.

Достовірність отриманих в роботі результатів базується на основних положеннях механіки твердого деформівного тіла, термодинаміки незворотних процесів, континуальної механіки пошкоджень та забезпечується використанням сучасного експериментального обладнання з комп’ютеризованими високоточними вимірювальними системами для проведення та обробки результатів випробувань.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- розробці узагальненої феноменологічної моделі накопичення розсіяних пошкоджень в конструкційних матеріалах при пружно-пластичному деформуванні та критерію руйнування на стадії зародження макротріщини;

- розробці методу визначення параметрів моделі пошкоджуваності та критерію руйнування металічних конструкційних матеріалів на основі вимірювання зміни питомого електроопору;

- проведення експериментальних досліджень по визначенню впливу знаку першого інваріанту Т? на кінетику накопичення пошкоджень;

- проведенні комплексу експериментальних досліджень кінетики накопичення пошкоджень для широкого класу металічних конструкційних матеріалів при різних видах навантаження (розтяг, стиск, кручення);

- експериментальному обґрунтування границь використання запропонованої узагальненої феноменологічної моделі та критерію руйнування на стадії зародження макротріщини.

Матеріали дисертації не містять ідей та розробок, що належать співавторам, з якими були написані роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень доповідалися на міжнародних конференціях “Динамика, прочность и ресурс машин и конструкций” (м. Київ, 2005р.), “Прогресивна техніка і технологія – 2005, 2006, 2007” (м. Севастополь). Повністю робота доповідалась на засіданні кафедри ДММ та ОМ НТУУ “КПІ” (м. Київ).

Публікації. Основний зміст дисертації викладено в 9 наукових статтях, опублікованих в фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Загальний обсяг дисертації становить 133 сторінки, у тому числі основного тексту дисертації 114 сторінок, 35 рисунків, 9 таблиць, список використаних джерел з 155 найменувань на 14 сторінках, додаток на 1 сторінці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету роботи та основні напрямки її досягнення, показано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Наведено відомості про публікації та апробацію роботи.

Перший розділ містить критичний аналіз існуючих феноменологічних моделей накопичення мікропошкоджень. Показано, що на сьогодні ще не визначено параметр, який однозначно описував би процес накопичення мікропошкоджень в конструкційному матеріалі. Визначено вагомий внесок у розв’язуванні цієї проблемі роботами Л.М.Качанова, Ю.М.Работнова, Ж.Леметра та інших вчених.

Показано, що при використанні традиційних методів оцінки пошкоджуваності металічних конструкційних матеріалів поки не вдається побудувати достовірні кінетичні моделі накопичення пошкоджень при пружно-пластичному навантаженні, встановити принципи додавання пошкоджень і оцінити їх граничний рівень при зміні параметрів режимів навантаження.

Проведено критичний аналіз основних експериментальних методів визначення кінетики накопичення пошкоджень в металічних конструкційних матеріалах. Обґрунтовані переваги методів які базуються на визначенні деградації механічних властивостей (зокрема зміні питомого електроопору та модуля пружності) при дослідженні кінетики накопичення пошкоджень в металічних конструкційних матеріалах.

Проаналізовано існуючі критерії зародження макротріщини при пружно-пластичному деформуванні з урахуванням пошкоджуваності. Показано, що основний об’єм досліджень був проведений для умов статичного навантаження, циклічної повзучості та малоциклової втоми при одновісному напруженому стані. Недостатньо висвітлено питання пружно-пластичного деформування при складному напруженому стані та складному навантаженні. Враховуючи все вищезазначене, існує необхідність розробки узагальненої феноменологічної моделі пошкоджуваності для умов складного напруженого стану та критерію руйнування на стадії зародження макротріщини з відповідним детальним їх експериментальним обґрунтуванням.

У другому розділі описано розроблену узагальнену феноменологічну модель накопичення мікропошкоджень та критерій руйнування на стадії зародження макротріщини.

Вони базуються на основних положеннях термодинаміки незворотних процесів та континуальної механіки руйнування. Використано поняття вільної енергії Гельмгольца

, (1)

де - тензор модулів пружності; - компоненти тензора пружних деформацій; - параметр пошкоджуваності; - густина.

Введено у розгляд внутрішній термодинамічний параметр – швидкість вивільнення енергії деформації пошкодженого матеріалу (за аналогією з в механіці руйнування) та питому енергію пружної деформації :

. (2)

Енергія пружної деформації розрахована як сума енергії деформації зсуву та енергії об‘ємного розширення :

. (3)

З теорії пружності відомо, що через головні напруження та деформації питома енергія деформації може бути записана наступним чином:

. (4)

Враховуючи закон Гука

, (5)

отримана розгорнуту формула для визначення енергії :

. (6)

Питома енергія зміни об’єму визначена рівнянням:

. (7)

Враховуючи співвідношення для середніх напружень та середніх деформацій :

; , (8)

отримано, відповідно, вираз для питомої енергії формозміни:

. (9)

Використавши співвідношення між девіатором пружної деформації та девіатором напружень , записаними з урахуванням параметра пошкоджуваності :

, (10)

отримано рівняння для швидкості вивільнення енергії деформації пошкодженого матеріалу у розгорнутому вигляді:

, (11)

де - модуль пружності, - коефіцієнт Пуассона.

Вибрано в якості еквівалентного напруження залежність типу Писаренко-Лебедєва:

, (12)

де - параметр крихкості матеріалу, - інтенсивність напружень,

що значно розширює можливість застосування моделі для матеріалів як з крихким, так і з в’язким характером руйнування. В результаті отримано:

. (13)

Класична форма кінетичного рівняння накопичення пошкоджень має вигляд:

, (14)

де - потенціал пошкоджуваності, – швидкість інтенсивності пластичної деформації.

Функція має бути простою, мати як можна менше параметрів і повинна бути нелінійної відносно . Потенціал пошкоджуваності розглянуто у формі запропонованій Леметром:

, (15)

де - параметри.

Підставляючи потенціал пошкоджуваності у вираз (14), та застосувавши в загальному випадку степеневий закон зміцнення у формі , отримано:

, (17)

де - постійні матеріалу, - параметр жорсткості навантаження.

Залежність швидкості вивільнення енергії деформації пошкодженого матеріалу у випадку ідеально-пластичного матеріалу знайдено у вигляді:

. (18)

де - границя текучості матеріалу.

Для матеріалу з лінійним зміцненням отримано:

. (19)

Проінтегрувавши вираз (17), маємо вираз:

, (20)

де - функція впливу виду напруженого стану; , - поточне та порогові значення інтенсивності пластичної деформації, відповідно.

. (21)

Критичне значення пошкоджуваності має наступний вигляд:

. (22)

Критичне значення пошкоджуваності для випадку одновісного розтягу отримано із залежності (22) у вигляді:

(23)

Для умов складного напруженого стану із рівнянь (22) та (23) отримано критерій руйнування, який записано наступним чином:

(24)

З діаграми розтягу визначено порогове значення інтенсивності пластичної деформації до значення якої не виникає пошкоджуваність (у більшості випадків приймається рівною деформації текучості ), - граничне значення інтенсивності пластичної деформації, при якому відбувається руйнування.

Функція, яка враховує складний напружений стан, приймає для різних видів навантаження наступний вигляд:

· розтяг ;

· стиск ;

· кручення .

Залежність функції впливу складного напруженого стану від параметра для різних видів деформування показана на рис. 1.

Рис.1 Залежність функції впливу складного напруженого стану від параметра при та значеннях параметра .

Значення параметрів знайдено розв’язавши систему рівнянь (20), якщо підставити в них два значення пошкоджуваності , відповідні їм значення пластичної деформації та значення , (представлені на рис.2).

Графічне представлення визначення параметрів моделі з діаграми одновісного розтягу показано на рис. 2а. На рис.2б схематично показана діаграма кінетики накопичення пошкоджень в конструктивному матеріалі при пружно-пластичному деформуванні в умовах розтягу.

Рис. 2 Діаграма розтягу (а) (1 – умовна, 2 – істинна, 3 - ефективна) та схема кінетики накопичення мікропошкоджень в конструкційному матеріалі (б).

На сьогодні в інженерних розрахунках припускається, що при накопичення пошкоджень не відбувається, а для більшості конструкційних матеріалів при певних умовах навантаження, мікродефекти можуть закриватися (“заліковуватись”). Це означає, що ефективне напруження має бути різним в залежності від змінної при розтязі та стисканні.

Згідно припущень Леметра, вводиться параметр . Тоді для умов одновісного розтягу та стиску ефективне напруження записано:

, якщо , (25)

, якщо , (26)

де коефіцієнт закриття, який характеризує закриття мікротріщин та мікропорожнин:

мікротріщини закриваються повністю;

мікротріщини не закриваються;

Запропоновано розділити тензор напружень Коші на „позитивну” та „негативну” частини:

, (27)

визначені позитивними та негативними частинами головних напружень

, , (28)

де символ означає , якщо , , якщо .

Тоді, щоб виконувався принцип еквівалентності деформації, складова пошкоджуваності застосовується у пружному потенціалі додаткової енергії як:

для додатної частини напружень, для від’ємної частини.

В результаті отримано залежність потенціалу стану для ізотропної пошкоджуваності:

. (29)

Із закону пружності отримано:

. (30)

Компоненти ефективного напруження визначено наступним чином:

. (31)

Враховуючи процеси закриття мікротріщини, отримано вираз для швидкості вивільнення енергії деформації пошкодженого матеріалу у вигляді:

. (32)

У третьому розділі наведено опис модернізованої експериментальної установки типу УМЭ-10ТМ, експериментальної установки MTS 810 та методик проведення досліджень.

Дослідження проведено на зразках, виготовлених із алюмінієвого сплаву Д16Т, титанового сплаву ВТ22, нержавіючої сталі 12Х18Н10Т, сталі 45 та сталі 30ХГСА при статичному та малоцикловому навантаженні. При цьому визначено: питомий електроопір, модуль пружності при розтязі та стиску, крученні згідно ГОСТ 1497-84 та ГОСТ 25.503-80. Приведено хімічний склад та механічні властивості матеріалів, що випробовувались, а також схеми їх навантаження. Зразки, що випробовувались мали діаметри від 7 до 10мм.

Установка УМЭ-10ТМ обладнана високоточною комп’ютеризованою вимірювальною системою для проведення і автоматизованої обробки результатів випробувань при розтязі, стиску, крученні в умовах активного навантаження та малоциклової втоми. Установка MTS 810 дозволяє проводити випробування на розтяг-стиск та малоциклову втому з відповідною комп’ютеризованою обробкою результатів. Дослідження проведені при температурі 293К.

Детально описана методика досліджень по визначенню пошкоджуваності через зміну питомого електроопору металічних зразків та проведено аналіз похибок вимірювань.

Базуючись на енергетичному підході термодинаміки незворотних процесів, параметр пошкоджуваності записано у вигляді:

, (33)

де - відповідно модулі пружності пошкодженого і непошкодженого матеріалу.

Відомо, що накопичення мікропошкоджень змінює електроопір металічних матеріалів. Зміна поперечного перерізу деформованого зразка без врахування зміни питомого електроопору (без врахування дефектів пружно-пластичного деформування) визначена наступним чином:

, (34)

де – питомий електроопір зразка перед його деформуванням;

, (35)

де – відповідно, початкова та поточна довжина зразка;

, (36)

де – електричний опір зразка; – початкова площа поперечного перерізу; та - відповідно, початкова та поточна електрична напруга; – відповідно, початкова та поточна величина електричного струму.

Зміна поперечного перерізу (площі) зразка, з урахуванням пошкоджуваності за допомогою питомого електроопору визначена наступним чином:

. . (37)

Таким чином, пошкоджуваність через зміну питомого електроопору записана у вигляді:

. (38)

Коефіцієнти знаходився з наступного виразу:

, (39)

де та - модулі пружності при розвантаженні після навантаження в умовах розтягу та стиску, відповідно.

Коефіцієнт визначено з експериментів на малоциклову втому при кількості циклів 100?1000. Схематично методика показана на рис.3.

Рис. 3 Методика визначення коефіцієнту .

У четвертому розділі проведено порівняльний аналіз отриманих експериментальних результатів з розробленою узагальненою феноменологічною моделлю. Наведено результати обчислення відповідних параметрів моделі. Представлено результати по визначенню параметра .

В результаті статистичної обробки параметри моделі для ряду металічних конструкційних матеріалів наведені в табл.1.

Таблиця 1

Параметри матеріалів

Матеріал | Параметри

Розтяг

, МПа | , мм/мм | , мм/мм

12Х18Н10Т | 1,84 | 0,48 | 0,002 | 0,749

30ХГСА | 2,08 | 0,38 | 0,002 | 0,242

Д16Т | 0,70 | 0,12 | 0,006 | 0,120

ВТ22 | 1,06 | 0,093 | 0,018 | 0,062

Сталь 45 | 2,00 | 0,286 | 0,003 | 0,280

Кручення

, МПа | , мм/мм | , мм/мм

12Х18Н10Т | 0,62 | 0,069 | 0,003 | 1,083 | 0,55

30ХГСА | 0,81 | 0,02 | 0,003 | 0,789 | 0,23

Д16Т | 0,27 | 0,047 | 0,003 | 0,345 | 0,13

12Х18Н10Т | 1452 | 0,4002 | 3,728 | 7,63

30ХГСА | 1126 | 0,2305 | 1,112 | 4,41

Д16Т | 732 | 0,1289 | 1,7 | 1,17

ВТ22 | 1895 | 0,097 | 7,2 | 1

Сталь 45 | 1090 | 0,1825 | 1,535 | 3,4

Значення параметра закриття тріщин для ряду металічних конструкційних матеріалів, що були експериментально досліджені в роботі наведено у табл. 2.

Таблиця 2

Значення параметру

Матеріал | Параметр

Сталь 45 | 0,42…0,47

12Х18Н10Т | 0,56…0,66

Сплав ВТ22 | 0,39…0,48

Сплав Д16Т | 0,26…0,36

Кінетика накопичення розсіяних пошкоджень при статичному навантаженні може мати лінійний чи нелінійний характер в залежності від типу матеріалу. Як видно з рис.4 для пластичних матеріалів (12Х18Н10Т, Сталь 45, 30ХГСА) при одновісному розтязі крива накопичення пошкоджень має нелінійний характер, в той же час як для більш крихких матеріалів (алюмінієвий сплав Д16Т та титановий сплав ВТ22) вона має майже лінійний характер, що відповідає гіпотезі, яка була закладена в модель Л.М.Качанова та Ю.М.Работнова.

а) | б)

в) | г)

д)

Рис. 4 Залежність параметра пошкоджуваності від деформації при розтязі для:

а) Сталь 45; б) 12Х18Н10Т; в) 30ХГСА; г) Д16Т; д) ВТ22

При крученні спостерігається схожа картина (рис.5): для нержавіючої сталі 12Х18Н10Т та сталі 30ХГСА кінетика накопичення пошкоджень має нелінійний характер, в той же самий час, для алюмінієвого сплаву Д16Т має більш лінійний характер.

а) | б)

в)

Рис. 5 Залежність параметра пошкоджуваності від деформації при крученні для:

а) 12Х18Н10Т; б) 30ХГСА; в) Д16Т

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ

1.

Здобувачем проведено експериментальні дослідження пошкоджуваності при крученні.

2.

Здобувачем проведені експериментальні дослідження по визначенню кінетики накопичення пошкоджень для сталі 45, нержавіючої сталі 12Х18Н10Т.

3.

Здобувачем запропонована методика визначення параметра пошкоджуваності при крученні.

4.

Здобувачем запропонована методика визначення параметра “заліковування” мікротріщин при розтязі- стисканні.

5.

Здобувачем запропонована методика визначення пошкоджуваності при крученні та проведені експериментальні дослідження.

6.

Здобувачем розглянута методика визначення параметрів термодинамічної моделі накопичення пошкоджень при пружно-пластичному навантаженні.

7.

Здобувачем проведено порівняльний аналіз методик двох різних експериментальних методик дослідження кінетики накопичення пошкоджень та порівняння з теоретичною моделлю.

8.

9.

Здобувачем запропонована методика визначення пошкоджуваності за параметром зміни модуля пружності та проведені експериментальні дослідження.

АНОТАЦІЯ

Халімон О.П. Модель накопичення розсіяних пошкоджень в конструкційних матеріалах при пружно-пластичному деформуванні. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 01.02.04 – Механіка деформівного твердого тіла. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2006.

Розроблено узагальнену феноменологічну модель накопичення пошкоджень в конструкційних матеріалах при пружно-пластичному деформуванні в умовах складного напруженого стану. В моделі враховується вплив знаку першого інваріанту тензора напружень на кінетику накопичення пошкоджень. Розроблено та обґрунтовано узагальнений енергетичний критерій граничного стану конструкційних матеріалів на стадії зародження макротріщини з урахуванням виду напруженого стану. Він враховує два механізми руйнування: відрив та зріз.

Проведені експериментальні та теоретичні дослідження показали задовільну кореляцію розробленої моделі та експериментальних даних за двома методиками визначення кінетики накопичення пошкоджень (питомий електроопір та модуль пружності) при розтязі, розтязі-стиску та крученні.

Ключові слова: модель пошкоджуваності, критерій руйнування на стадії зародження макротріщини, складний напружений стан.

SUMMARY

Khalimon O.P. Model of damage accumulation in structural materials under elastic-plastic deformation. – Manuscript.

The dissertation for scientific degree of the Candidate of Science (Engineering) in speciality 01.02.04 – Deformable solid mechanics. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic institute”, Kyiv, 2006.

The generalized phenomenological model of damage accumulation in structural materials at elasto-plastic deformation under complex stress is developed. In model influence of sign of the first invariant stress tensor on a kinetics of damage accumulation is considered. The generalized failure criterion of a boundary state of structural materials on stage of macrocrack initiation subject to kind of stress is developed and validated. Criterion considers two mechanisms of destruction: tear and shearing.

Experimental and theoretical researches, that have been carried out, have displayed satisfactory correlation of the developed model and experimental data by two techniques of damage accumulation kinetics definition (a specific resistance and a coefficient of elasticity) at tension, tension-compression and torsion.

Key Words: damage model, failure criterion on stage of macrocrack initiation, complex stress.

АНОТАЦИЯ

Халимон А.П. Модель накопления рассеянных повреждений в конструкционных материалах при упругопластическом деформировании. – Рукопись.

Диссертация на соискание степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела. – Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2006.

В работе разработана обобщённая феноменологическая модель накопления повреждений в конструкционных материалах при упругопластическом деформировании в условиях сложного напряжённого состояния. Все параметры модели определяются из эксперимента на одноосное растяжение, а в качестве поверхности нагружения используется поверхность Писаренка-Лебедева.

В модели учитывается влияние знака первого инварианта тензора напряжений на кинетику накопления повреждений. Обосновано значение параметра , который учитывает закрытие микротрещин при растяжении-сжатии. Установлено, что для современных алюминиевых и титановых сплавов, а также жаропрочных сталей значения находятся в пределах 0,26…0,66.

На основе обобщённой феноменологической модели накопления повреждений было предложено и обосновано энергетический критерий граничного состояния конструкционных материалов на стадии зарождения макротрещины с учётом вида напряжённого состояния. Он учитывает два механизмы разрушения: отрыв и срез.

Обосновано инженерную методику экспериментального определения параметра повреждённости для металлических конструкционных материалов, которая базируется на экспериментальном определении изменения модуля упругости первого и второго рода или изменения удельного электросопротивления. Показано и обосновано, что для условий активного нагружения значения параметра повреждённости всегда меньше единицы ().

Проведённые экспериментальные и теоретические исследования показали удовлетворительную корреляцию разработанной модели, критерия и экспериментальных данных по двум методикам определения кинетики накопления повреждений (удельное электросопротивление и модуль упругости) при растяжении, растяжении-сжатии и кручении.

Ключевые слова: модель повреждённости, критерий разрушения на стадии зарождения макротрещины, сложное напряжённое состояние.