Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Существует ряд подходов к созданию математических моделей механики сплошных сред. Одним из перспективных направлений, дающих возможность наиболее точно аналитически описать поведение среды, является моделирование связанных полей различной природы, примером которого является модель термоупругости с учётом диффузии. Она позволяет описать взаимное влияние поля перемещений и поля температур, учитывая при этом изменение поля концентраций материи в деформируемом твёрдом теле. Большинство имеющихся моделей термоупругости с учётом диффузии представлены в стационарной или квазистационарной постановке и не учитывают перекрестных диффузионных эффектов. Для решения этих задач используются в основном численные алгоритмы, однако для моделирования и анализа сложных реальных процессов часто требуется именно нестационарная аналитическая модель.
В работе рассматривается связанная одномерная нестационарная задача термоупругости с учётом массопереноса для однородной многокомпонентной среды (слой или полупространство). Математическая постановка задачи в прямоугольной декартовой системе координат представляет собой связанную систему уравнений в частных производных, состоящую из уравнений движения, теплопереноса и N уравнений массопереноса (N – число компонент среды). Уравнения массопереноса также учитывают взаимное влияние полей концентраций различных компонент среды. На границах среды задаются перемещение, тепловой поток и диффузионные потоки для каждой компоненты среды, зависящие от времени. В случае полупространства один наборов граничных условий заменяется на условие ограниченности искомых величин на бесконечности. Начальные условия приняты нулевыми.
Решение ищется в интегральной форме, которая представляет собой свёртку по времени функций Грина с правыми частями граничных условий. В задаче для слоя, для нахождения функций Грина, используется преобразование Лапласа по времени и разложение искомых функций в неполные ряды Фурье, что сводит задачу в изображениях к системе линейных алгебраических уравнений относительно искомых функций. В задаче для полупространства вместо разложения в ряды Фурье используется синус˗, косинус˗преобразование Фурье. При таком подходе трансформанты искомых функций являются рациональными функциями параметра преобразования Лапласа. Их оригиналы находятся с помощью известных теорем операционного исчисления.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты №17-08-00663 и №18-31-00437).
1. Давыдов С.А., Земсков А.В., Тарлаковский Д.В. Двухкомпонентное упруго диффузионное полупространство под действием нестационарных возмущений // Экологический вестник научных центров Черноморского Экономического сотрудничества. – 2014. – № 2. – С. 31–38.
2. Давыдов С.А., Земсков А.В., Тарлаковский Д.В. Поверхностные функции Грина в нестационарных задачах термомеханодиффузии // Проблемы прочности и пластичности. – 2017. – Т.79, № 1. – С. 38–47.
Сергей Андреевич Давыдов
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Описание неравновесных тепловых процессов в системах с конечным числом частиц представляет особый научный и практический интерес, особенно благодаря активному развитию нанотехнологий [1]. Ранее было показано, что в случае мгновенного нагрева одномерного гармонического кристалла реализуются затухающие колебания кинетической температуры [2, 3]. В настоящей работе исследуется аналогичные процессы для одномерного гармонического кристалла с конечным числом частиц. Построено аналитическое решение, описывающее нестационарный тепловой процесс в системе. В работе показано, что через определённое время в конечном кристалле реализуется резкое увеличение амплитуды колебаний кинетической температуры (тепловое эхо).
Данное явление происходит периодически, с периодом, который зависит от размера кристалла, и каждое последующее тепловое эхо слабее предыдущего. Аналитически получено, что изменение кинетической температуры описывается бесконечной суммой функций Бесселя с кратными индексами, а тепловое эхо в термодинамическом пределе описывается функцией Эйри [4]. Найден новый интеграл движения, связывающий обобщённые температуры.
Показано, что в конечном кристалле дисперсия смещений, в среднем, возрастает в соответствии с параболическим законом до величины, пропорциональной числу частиц в кристалле, а затем уменьшается до почти нулевого значения. Таким образом, кристалл возвращается к состоянию, близкому к исходному состоянию. Чем больше частиц находится в кристалле, тем более выраженным является эффект возврата. Представлен аналитический анализ описанных выше явлений [4].
Список литературы:
[1] Кривцов А. М., Морозов Н. Ф. О механических характеристиках наноразмерных объектов. Физика твердого тела. 2002. Т. 44. №12. С. 2158–2163
[2] Кривцов А. М. Колебания энергий в одномерном кристалле. Доклады академии наук. 2014. том 458, №3, C. 279–281.
[3] Кривцов А. М. Распространение тепла в бесконечном одномерном гармоническом кристалле. Доклады академии наук. 2015. Т. 464, №2, C. 162–166.
[4] А. М. Кривцов, А. С. Мурачёв, Д. В. Цветков. Нестационарные термо-диффузионные процессы в конечном одномерном кристалле. Чебышевский сб., 2018, 18:3
Андрей Сергеевич Мурачёв
Московский авиационный институт(национальный исследовательский университет), НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Рассматривается нестационарное взаимодействие жесткого выпуклого штампа с упругой изотропной полуплоскостью при учете межмолекулярного адгезионного поверхностного притяжения. Учет адгезионного притяжения в нестационарных контактных задачах очень важен в случаях, если материал контактирующих тел имеет небольшую плотность и сравнительно небольшие размеры.
В представленной работе межмолекулярное адгезионное притяжение описывается с помощью известной модели Можи [1]. Согласной данной модели, если зазор между двумя соседними поверхностями меньше некоторого критического значения, то на поверхности тел действует постоянная сила адгезионного притяжения. При этом, в зоне контакта двух тел сила адгезионного притяжения отсутствует.
Имея ввиду особенность модели Можи, взаимодействие жесткого штампа с упругой полуплоскостью можно разбить на два различных этапа:
1) Штамп и упругая полуплоскость не контактируют, но на их поверхности действует сила адгезионного притяжения (см. рис.).
2) Штамп находится в контакте с упругой полуплоскостью, на данном этапе необходим учет как контактных напряжений, так и сил адгезионного притяжения.
В рамках первого этапа взаимодействия, была поставлена следующая задача: в начальный момент времени минимальное расстояние между штампом и упругой полуплоскостью равно критическому значению зазора, при котором начинают действовать силы адгезинного притяжения. По мере движения штампа по некоторому известному закону на встречу упругой полуплоскости, носитель адгезионного притяжения расширяется. При этом на границы области адгезионного притяжения влияет как форма штампа, закон его движения, так и упругие деформации поверхности полуплоскости, вызванные адгезией. По этой причине, границы области действия адгезионной силы заранее неизвестны и подлежат определению.
Был разработан численно-аналитический алгоритм, основанный на принципе суперпозиции [2]. Данный алгоритм позволяет определить носитель адгезионного притяжения в различные моменты времени в зависимости от параметров процесса. Была показана существенная зависимость скорости расширения границ носителя адгезионного притяжения от скорости движения штампа, его формы, а также от силы адгезионного взаимодействия. Представлены графические результаты для первого этапа взаимодействия штампа и упругой полуплоскости.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 16-08-00260 А).
1.Maugis D., Adhesion of spheres: The JKR-DMT transition using a Dugdale model // J. Colloid Interface Sci. 1992. 150 P. 243–269.
2.Горшков А.Г., Медведский А.Л., Рабинский Л.Н., Тарлаковский Д.В. Волны в сплошных средах. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.
Анатолий Сергеевич Оконечников
Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Научно-исследовательский физико-технический институт
В работе обсуждается новый экспериментально-расчетный метод оценки прочности и трещиностойкости современных конструкционных керамик, эксплуатирующихся в условиях многоосного напряженно деформируемого состояния. В качестве параметров, оказывающих наиболее существенное влияние на степень и вид напряженного состояния в образце, рассматривались геометрические характеристики оснастки, образца и начального дефекта (трещины).
В основе новой методики испытаний на прочность лежит методика испытаний на изгиб по схеме b3b [1], при которой плоский цилиндрический образец располагается на трех точках опоры, образующих равносторонний треугольник, и нагружается до разрушения с заданной скоростью (рисунок 1). Опорные шары в оснастке располагаются в направляющих, что по сравнению с классическим вариантом [1] позволяет существенно варьировать размер шаров. Предварительно нанесенные на поверхность образца трещины позволяют дополнительно оценить истинный коэффициент интенсивности напряжений K1c [2].
В качестве объекта исследования выступали мелкозернистые керамики на основе оксида алюминия и ультрамелкозернистые твердые сплавы на основе карбида вольфрама, полученные методом электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС, в иностранной литературе используется термин «Spark Plasma Sintering», SPS).
В работе сформулированы пределы применения предлагаемой методики для исследования изгибной прочности и вязкости разрушения мелкозернистых керамик. Показано, что максимальное растягивающее напряжение расположено на противоположной нагружающему шару поверхности образца Проведен анализ влияния максимальных главных напряжений высоты образца при фиксированной опорной окружности, в ходе которого установлено, что геометрическая функция наиболее слабо меняется при уменьшении соотношения высоты образца к радиусу опорной окружности. Установлена зависимость коэффициента интенсивности напряжений от геометрических параметров исходного дефекта. Приведенные выше результаты были получены путем численного моделирования с применением метода конечных элементов.
Для объяснения полученных результатов для хрупких материалов был предложен критерий прочности напряженного состояния, в основе которого лежит расширенная модель
Друкера-Прагера [3], где учитывается влияние степени многоосности напряженного состояния и знака главных напряжений. Установлено, что предложенный критерий прочности дает хорошее согласие экспериментальных результатов новой методики и методики стандартных испытаний на изгибную прочность и коэффициент интенсивности напряжений (для выбранных структурных состояний).
Результаты испытаний с использованием новой методики сопоставлены с данными измерения твердости и трещиностойкости по Палмквисту для исследуемых образцов.
1. Borger A., The ball on three balls test for strength testing of brittle discs: stress distribution in the disc / Borger A., Supancic P., // Journal of the European Ceramic Society. – 2002. –P. 1425–1436.
2. Strobl S., Fracture toughness testing of small ceramic discs and plates / Strobl S., Rasche S. // Journal of the European Ceramic Society. – 2014. P. – 34.
3. Drucker D. C.Soil mechanics and plastic analysis or limit design / Drucker D. C., Prager W. // Brown University. – 1952. P. – 157-165.
Александр Андреевич Попов
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Математическая постановка задачи представляет собой связанную систему уравнений, состоящую из линейного уравнения движения сплошной среды, линейных уравнений массопереноса и уравнений Максвелла. Физические соотношения строятся с помощью метода термодинамических потенциалов для среды с произвольной анизотропией с использованием квадратичного приближения свободной энергии как функции деформаций, изменения концентрации веществ, входящих в состав среды и компонент векторов электрической и магнитной индукций. Предполагается, что упругая среда является идеальным твердым раствором. Кроме того, прямой пьезоэлектрический, пьезомагнитный и диффузионно-электрический эффекты слабо выражены. Это позволяет рассматривать задачу электродинамики отдельно. Её решение ищется в интегральной форме, представляющей собой свертку функций Грина с правыми частями граничных условий. Для построения функций Грина задачи электродинамики используется преобразование Лапласа и разложение в тригонометрические ряды Фурье. Найденные таким образом электромагнитные поля включаются в объемные возмущения задачи упругой диффузии, решение которой известно.
Николай Андреевич Зверев_old
НИИ механики МГУ им. М.В.Ломоносова
Любая теория требует верификации. Экспериментальные исследования помогают не только проверить имеющиеся теоретические предсказания, но и найти новые явления. Все материалы изменяют свои характеристики под действием температуры. Одним из изменений механических характеристик при повышении температуры является появление существенной ползучести материала. В этих условиях нагруженный материал увеличивает деформацию с течением времени. Основоположником изучения данного направления можно считать [1].
При высокой температуре испытаний возникают сложности: во-первых, со стабилизацией температуры во всем объеме печи в течение продолжительного времени, во-вторых, измерение параметров нагретого образца. В-третьих, с обеспечением пожарной безопасности, а так же и др. сложности.
Первая задача обычно решается блоком управления печи. Частой встречающейся особенностью промышленных печей является расположение термопар вблизи нагревательных ТЭН-ов. Это приводит к невозможности поддержания точной температуры на образце. Рассматривая температуру образца в длительном промежутке времени можно обнаружить влияние сквозняков в комнате, долго открытых дверей, изменение комнатной температуры и др. Более точное поддержание температуры возможно при непосредственном контакте образца с термопарой. Т.е. при установке каждого образца к нему прикрепляются термопары, соединенные с блоком управления.
Измерение параметров нагретого образца наиболее целесообразно получать бесконтактным способом [2]. Идея метода состоит в периодическом фотографировании образца через кварцевое смотровое окно. Из эксперимента получают несколько сотен фотографий, в зависимости от деформации образца и частоты съемки. После этого их необходимо обработать, получив метрические данные и построить соответствующие графики.
Для обеспечения пожарной безопасности и возможности контроля над ходом протекания эксперимента в течение нескольких недель удобно, во-первых, иметь видеодоступ, основанный, например, на web-камерах, а во-вторых, удаленного управления процессом нагрева и/или резервным отключением нагрева, например, на основе умных розеток TP-Link. Все электронные приборы следует включать через ИБП.
Таким образом, при длительных экспериментах следует использовать комплексный подход при организации испытаний. Наиболее существенным является возможность удаленного контроля и управления ходом протекания эксперимента.
Валентин Викторович Терауд
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Намагничивающийся эластомер (НЭ) – это композитный материал, состоящий из упругой (вязкоупругой) основы и диспергированных в ней ферромагнитных частиц нано- или микроразмера. В докладе рассматривается проблема неоднозначности деформации этих материалов в магнитном поле. Исследуются, в частности, такие особенности поведения сферических и тонких тел из НЭ, как наличие двух устойчивых положений равновесия при фиксированной конфигурации магнитного поля (бистабильность), а также существование трех устойчивых положений равновесия тонкого тела из НЭ при определенном расположении двух электромагнитных катушек относительно его оси (мультистабильность). Данные эффекты были теоретически изучены в [1] и [2], соответственно. Также в докладе представлены эксперименты, в которых обнаружено существование двух и более чем двух равновесных форм тонкого тела из НЭ в неоднородном магнитном поле. На рисунке изображен экспериментальный график зависимости относительного удлинения тонкого тела от тока в электромагнитной катушке. Рассматриваются различные методики экспериментального определения параметров моделей упругого тела (модель Нео – Гука, Муни – Ривлина) и вязкоупругого тела (модель Кельвина – Фойгта с учетом пластических деформаций). Исследуются зависимости данных параметров от величины магнитного поля и влияние этой зависимости на характер деформации тел. Силовым методом определены магнитные свойства НЭ. Предложены способы создания анизотропных тел из НЭ. Построена модель анизотропного тела и экспериментально найдены параметры модели.
Исследования поддержаны РФФИ (18-501-12011, 18-31-00066, 16-31-60091).
1. Naletova V.A., Pelevina D.A., Merkulov D.I., Zeidis I., Zimmermann K., Bi-stability of the deformation of a body with a magnetizable elastomer in a magnetic field // Magnetohydrodynamics, Vol. 52, 2016, No. 3, pp. 287-298.
2. D.I. Merkulov, V.A. Naletova, D.A. Pelevina, V.A. Turkov, Multi-stability of a body with magnetizable elastomer in a non-uniform magnetic field // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 431, 2017, pp. 123-125, http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.10.011.
Дмитрий Игоревич Меркулов
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Проблема неоднозначности равновесной формы тела из намагничивающегося эластомера (НЭ) в неоднородном магнитном поле исследована во многих работах. Так, наличие двух устойчивых положений равновесия тел из НЭ при фиксированной конфигурации магнитного поля (бистабильность) обнаружено экспериментально в [1] и изучено теоретически в [2]. Однако при определенном расположении двух электромагнитных катушек относительно оси тела из НЭ возможно существование трех устойчивых положений равновесия (мультистабильность). Данный эффект впервые предсказан теоретически в [3].
В предлагаемой работе рассматривается эксперимент, посвященный обнаружению трех равновесных форм тонкого тела из НЭ в неоднородном осесимметричном магнитном поле двух электромагнитных катушек. Для его выполнения была сконструирована экспериментальная установка, состоящая из стеклянной трубки, на которой расположены две электромагнитные катушки, и внутри которой деформируется, не касаясь стенок, вертикальное тонкое тело из НЭ. Ток в катушках циклически увеличивался и уменьшался, и при этом измерялась координата нижнего свободного торца тела. По этим данным строился график зависимости относительного удлинения образца от тока в катушках. Обнаружено существование диапазона токов, при которых возможны три устойчивых положения равновесия тонкого тела из НЭ. Показан гистерезис длины тела при циклическом квазистатическом изменении тока в катушках. Предполагалось, что упругие свойства НЭ подчинялись модели Муни-Ривлина. Коэффициенты упругости в данной модели определялись экспериментально путем растяжения образца из НЭ в горизонтальном положении.
Таким образом, экспериментально показана возможность мультистабильности тонких тел из НЭ в осесимметричном магнитном поле системы двух электромагнитных катушек.
Исследования поддержаны РФФИ (18-501-12011, 18-31-00066, 16-31-60091).
1. Genoveva Filipcsei, Ildiko Csetneki, Andras Szilagyi, Miklos Zrinyi // Adv Polym Sci, Vol. 206, 2007, pp. 137-189. DOI 10.1007/12_2006_104
2. Naletova V.A., Pelevina D.A., Merkulov D.I., Zeidis I., Zimmermann K., Bi-stability of the deformation of a body with a magnetizable elastomer in a magnetic field // Magnetohydrodynamics, Vol. 52, 2016, No. 3, pp. 287-298.
3. D.I. Merkulov, V.A. Naletova, D.A. Pelevina, V.A. Turkov, Multi-stability of a body with magnetizable elastomer in a non-uniform magnetic field // Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 431, 2017, pp. 123-125, http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.10.011.
Дмитрий Игоревич Меркулов
Тульский государственный университет
Особенности изготовления сердечников пуль с удлиненной оживальной головной частью обусловлены трудностями, связанными с достижением больших перепадов диаметра на торцевом участке тонкого цилиндрического стержня, при необходимости обеспечения высокой производительности, единообразия и требуемого качества изделия.
Наиболее эффективной для получения подобного рода деталей является операция обработки металлов давлением - выдавливание, позволяющая получать детали с достаточной точностью, практически без потерь материала и с требуемыми характеристиками.
Оценка деформируемости и прогнозирование разрушения заготовок проводилась на основе феноменологической теории разрушения [1]. Использование деформационной теории позволяет на каждом этапе деформирования определять среднее нормальное напряжение s, показатель напряженного состояния h и приращение деформации dei. Степень использования запаса пластичности Ψ представляется суммированием по приращениям с учетом влияния истории деформирования:
Ψ=∫(dei)/(eip(h)),
если Ψ≤0,33, высокий эксплуатационный уровень, высококачественные изделия, предназначенные для эксплуатации в «жестких» условиях; Ψ ≤0,55, хороший эксплуатационный уровень, качественные изделия, у которых существуют ограничения по нижнему пределу прочности, вязкости и долговечности; 0,55≤ Ψ<1, низкий эксплуатационный уровень, изделия, которые не несут значительных нагрузок.
С помощью программного комплекса QForm 2D/3D оценена реальная картина пластического формоизменения материала в процессе выдавливания, исследовано напряженно-деформированное состояние во всем объеме обрабатываемой заготовки в любой момент времени, а также оценены силовые параметры и количество технологических переходов для получения изделия с высоким эксплуатационным уровнем.
Маршрутная технология изготовления сердечников пуль с удлиненной оживальной головной частью представлена на рисунке 1.
1. Колмогоров В.Л. Напряжения. Деформации. Разрушение. – М.: Металлургия. 1970. 229с.
Людмила Петровна Семенова
Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
На протяжении последних десятилетий изучение процесса локализации пластической деформации на макромасштабном уровне является одной из наиболее сложных проблем, связанных с пластическим течением материалов.
Деформационному поведению многослойных материалов при интенсивной пластической деформации посвящено ограниченное количество работ. К числу таких материалов относятся двухслойные металлические композиты – биметаллы, в том числе и антикоррозионные биметаллы, которые достаточно устойчивы к воздействию агрессивных сред и обладают высокими механическими характеристиками [1].
Проведенные исследования позволили определить основные закономерности распространения фронтов локализации пластической деформации в процессе растяжения биметалла марки Ст.3 +12Х18Н10Т.
Показано, что пластическая деформация биметалла начинается с зарождения фронтов полос Чернова-Людерса (ПЧЛ) в областях сопряжения биметалла на концентраторах напряжений, возникающих на границе раздела материалов. Анализ картин локализации пластической деформации показал, что ПЧЛ распространяются в основном и плакирующем слое материала с разными скоростями. Выявлено, что при зарождении ПЧЛ ее два фронта движутся в основном слое Ст.3 со скоростями V1 = 0.8·10-4 м/с и V2 = 2.3·10-4 м/с. В верхнем плакирующем слое материала 12Х18Н9Т распространяется только один фронт ПЧЛ со скоростью V2 = 2.4·10-4 м/с, а в нижнем плакирующем слое 12Х18Н9Т распространяются два фронта ПЧЛ в противоположных направлениях со скоростями V1 = 0.7·10-4 м/с, V2 = 2.3·10-4 м/с. Плакирующий слой нержавеющей стали толщиной 750 мкм приводит к сокращению площадки текучести биметалла, не подавляет образование ПЧЛ, приводит к увеличению скорости распространения фронтов ПЧЛ в основном слое и уменьшает распространение ПЧЛ во всех слоях биметалла.
Разрушение материала связано с неоднородным распределением пластической деформации в областях, связанных с формированием концентраторов напряжений в переходном слое между основным и плакирующим слоем материала.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 16-19-10025.
Литература
1. Трыков Ю.П., Сергиенко А.С., Гуревич Л.М., С.А Булаева, Даненко В.Ф. Изменение микромеханических свойств биметаллической проволоки при деформировании // Известия Вологоградского государственного технического университета / Волг. ГТУ. Волгоград. 2009. Т.59. № 11. С. 54.
Юлия Владимировна Ли
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук
Данная работа посвящена исследованию зависимостей механических характеристик сплавов авиационного назначения системы Al-Cu-Li 1441 и В-1461 от температуры закалки и режимов искусственного старения. Сварка производилась на автоматическом лазерном технологическом комплексе «Сибирь-1» собственного производства лаборатории №3 ИТПМ СО РАН. В рамках исследования изучались такие механические характеристики, как: прочность образцов на разрыв, предел текучести и величина относительного удлинения образцов при испытании на разрыв; измерялась микротвёрдость сваренных образцов в областях основного материала, зоны термического влияния (ЗТВ) и сварного шва. Также выявлялись закономерности в изменении микроструктуры образцов.
На основе более ранних исследований [1] были выбраны режимы закалки образцов после выдержки в течение 30 минут при температурах в диапазоне от 320 до 545 °C со скоростью нагрева до заданной температуры 5 °C/мин.
|
Графики зависимостей предела прочности σB (а) и относительного удлинения δ (б) от температуры закалки для сплавов 1441 и В-1461
|
В результате были получены режимы термообработки сплавов 1441 и В-1461, при которых достигается прочность образца 0.92 и 0.9 относительно основного сплава для В-1461 и 1441 соответственно. Величина относительного удлинения образцов из сплава В-1461 после закалки на одном из режимов увеличилась, и превысила таковую у основного сплава на 6.6 %, а после искусственного старения, при достижении уровня прочности 0.92, величина относительного удлинения стала выше на 3 %. Наблюдения на лазерном конфокальном микроскопе показали изменения микроструктуры образцов в области сварного шва и ЗТВ в зависимости от температуры закалки, вплоть до полного исчезновения границы сварной шов – основной материал сплава. На рисунке а для обоих сплавов наблюдается рост прочности при повышении температуры закалки в диапазоне 400-530 °C. Лучшим режимом по критерию прочности был выбран режим закалки при температуре 530 °C. Также на рисунке б видно, что для сплава В-1461 величина относительного удлинения растёт с ростом температуры закалки практически линейно, в то время как, для сплава 1441 однозначно выявить зависимость нельзя.
Благодарность: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда проект №17-79-20139.
1. Павлов Н.А., Месензова И.С., Маликов А.Г., Оришич А.М., Карпов Е.В. Оптимизация технологии лазерной сварки с использованием непрерывного СО2-лазера, алюминий-литиевых сплавов системы Al–Cu–Mg–Li для получения высокопрочных сварных соединений // Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : тезисы докладов XII Всероссийской конференции молодых ученых – Новосибирск, 2018. – С. 116-117.
Никита Алексеевич Павлов
ФГУП ЦНИИмаш
При проектировании конструкций предъявляются высокие требования к точности расчетов запасов прочности. При расчетах критерием прочности считается достижение предельной интенсивности пластических деформаций в какой-либо зоне конструкции. Как показано в данной работе предельная деформация существенно зависит от типа напряженного состояния, который характеризуется безразмерными параметрами: объемностью, углом Лоде.
Целью работы является определение вида зависимости предельной интенсивности деформации от типа напряженного состояния. Для определения указанной зависимости проводились испытания образцов с реализацией различных видов напряженного состояния.
Исследовалось растяжение образцов из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Рассматривался гладкий цилиндрический образец, а так же образцы с кольцевыми выточками (концентраторами) радиусов 2,5 мм, 1 мм, 0,5 мм. Образец растягивался с постоянной скоростью перемещения захватов на сверхпрецизионном испытательном оборудовании, что позволяло остановить эксперимент в момент инициации разрушения. Далее проводилась томографическая диагностика испытанных образцов с целью выявления места инициации разрушения. Следующим шагом определялись значения расчетных параметров напряженного состояния в зоне начала разрушения. Расчет напряженно-деформированного состояния проводился с помощью программного комплекса SIMULIA Abaqus в геометрически и физически нелинейной постановке. В качестве модели материала использовался вариант теории пластического течения с нелинейным изотропным упрочнением.
В ходе изучения образцов с выточкой выявлена нетипичная зависимость. Максимальная деформация по расчетам реализуется вблизи концентраторов, однако инициация разрушения происходит в середине образца, как и в случае гладкого.
В работе представлена выявленная зависимость предельной деформации от коэффициента объемности для всех исследуемых образцов (найдена искомая зависимость для угла Лоде равном 1). В настоящий момент ведется работа по определению данной зависимости для остальных углов Лоде.
Мария Владимировна Захарова
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
В данной работе построены парные силовые потенциалы взаимодействия для моделирования структурного перехода ГЦК ОЦК. Аналитически и методом молекулярной динамики исследована устойчивость ГЦК структуры при конечных деформациях для обоих потенциалов. Идентифицированы структуры, которым соответствует та или иная область устойчивости: ГЦК, ромбическая гранецентрированная, а также ОЦК. Также получены двухфазные состояния вдоль линии одноосного сжатия ГЦК-ОЦК.
Никита Дмитриевич Мущак
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Композиты на основе углеродного волокна, прежде всего, известны в качестве конструкционных материалов благодаря своей прочности и жёсткости. Однако существует область применения, в которой они также показывают перспективные результаты – это разнообразные узлы трения. В данной работе будут рассмотрены материалы на основе углеродного волокна и углеродной (либо керамической (карборундовой)) матрицы. Эти материалы благодаря высоким показателям теплопроводности, теплоёмкости и устойчивости к высоким температурам используются при изготовлении тормозных дисков авиатранспорта и высокоскоростного железнодорожного транспорта. Одной из главных задач при внедрении этих материалов является увеличение их износостойкости и таким образом продление ресурса эксплуатации тормозных дисков. Увеличение скорости и массы транспортных средств ведёт к ужесточению температурно-нагрузочных условий при трении тормозных дисков, а повышение требований к безопасности транспорта вызывает необходимость увеличения коэффициента трения при работе углеродных композитов.
При работе авиационных тормозных дисков нередко имеет место явление термоупругой неустойчивости, при котором происходит концентрация поверхностных давлений и температур на ограниченных участках поверхности трения. Это приводит к существенному нагреву рабочей поверхности (более 1000°С). Хотя такие температуры не приводят к потере рабочих свойств материала, перегрев поверхности может вызвать дополнительное увеличение износа композита. Влияние температуры на скорость изнашивания углеродных композитов исследовано мало из-за технических трудностей и носит выраженный немонотонный характер.
Попытки увеличить прочность и коэффициент трения композитов применением более жёсткого углеродного волокна приводят к ещё большему увеличению скорости изнашивания материала. Для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик фрикционных композитов необходимы модели трения и изнашивания соответствующих материалов в условиях высоких нагрузок и температур, которые в данный момент развиты крайне слабо (в отличие от теорий прочности волокнистых композитов). В работе построена модель теплового воздействия на поверхность композитного материала в процессе его износа абразивными частицами. Рассмотрено влияние структуры матрицы и волокна композита на процесс выхода абразивных частиц износа из поверхности трения материала. Исследовано влияние условий трения (контактных давлений и температур) на силу трения и скорость изнашивания.
Алексей Геннадьевич Шпенев
Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Разъемные соединения реактора обладают уплотнительными устройствами, обеспечивающими герметичность путем предотвращения утечки радиоактивного теплоносителя. Данная проблема особенно актуальна для первого контура реакторной установки, где есть риск нарушения герметичности и протечки радиоактивного вещества во внешнюю среду. Нарушение герметичности может возникать вследствие дефектов поверхности, силовых и температурных деформаций. Расчет методом конечных элементов позволяет провести анализ напряженно-деформированного состояния главного разъема реакторной установки ВВЭР-1000 при различных механических и температурных нагрузках. Простота экспериментального метода корреляции цифровых изображений позволяет валидировать данный расчет.
Владимир Сергеевич Каширин
