Введение к работе
Актуальность
Исследования особенностей макролокализации пластической деформации показали, что характер локализации определяет важные прочностные и пластические характеристики материалов, а также позволили сформулировать новый взгляд на взаимосвязь между явлениями на разных структурных уровнях: микро-, мезо- и макромасштабном.
К проявлениям макролокализации пластической деформации принято относить распространение полосы Чернова-Людерса, формирование шейки разрушения, формирование сбросов, прерывистую текучесть. Однако в середине XX столетия ряд исследователей (Рей, Гарофало, Одинг, Чанг и Грант, Кибардин, Пресняков и др.) отмечали пространственную и временную неоднородность пластической макродеформации при отсутствии особенностей кривых нагружения. Наконец, сотрудниками лаборатории физики прочности Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ СО РАН) было установлено, что зоны локализации макродеформации существуют на любом этапе пластического течения, от предела текучести до разрушения, в любых материалах и в любых условиях, и что эволюция картин макродеформации определяется стадийностью деформационных кривых. В этих условия важно установить связь между видом картин макролокализации и особенностями деформационных кривых в первую очередь с характеристиками прерывистой текучести.
С другой стороны, известна связь деформационного поведения с изменением акустических характеристик исследуемого объекта Это многочисленные работы по исследованию акустической эмиссии, затуханию упругих волн и изменению скорости звука в процессе пластического деформирования. Следует ожидать, что в условиях прерывистой текучести поведение акустического отклика должно иметь существенные особенности.
В связи с этим представленная работа, в которой приводятся результаты исследования эволюции локализации пластической макродеформации и особенностей изменения скорости ультразвука в материале с прерывистой текучестью и их анализ, представляется актуальной.
Работа выполнена в рамках комплексных проектов Сибирского отделения РАН: № 01.2.007 04645 «Экспериментальная и теоретическая разработка автоволновой модели локализованной пластической деформации структурно-неоднородных материалов на мезо- и макромасштабных уровнях и ее приложений к определению критических состояний и оценке прочности, износостойкости и долговечности материалов и конструкций» (2007-2009 г.г.), № 0120.0 407223 «Экспериментальное и теоретическое исследование взаимосвязи и корреляции процессов локализации деформации на мезо- и макроуровнях в структурно-неоднородных материалах и конструкциях с концентраторами напряжений и принципы построения критериев предельных состояний для них» (2004-2006 г.г.). Цель работы
Цель данной работы - выявить особенности эволюции локализованной пластичности и их взаимосвязь с акустическим откликом при активном одноосном
растяжении материала, в котором реализуется явление прерывистой текучести. Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:
Провести анализ кривых нагружения материала с прерывистой текучестью на предмет стадийности.
Провести одновременную регистрацию полей векторов смещений и акустического отклика исследуемого материала на всем интервале пластического деформирования.
Получить эволюционные картины макролокализации пластической деформации в материале с прерывистой текучестью, исследовать их особенности в рамках автоволновой концепции.
Исследовать характер изменения скорости ультразвука в процессе активного растяжения материала с прерывистой текучестью.
Установить взаимосвязь картин макролокализации пластической деформации с изменением скорости ультразвука при активном нагружении материала с прерывистой текучестью.
Научная новизна
Установлено, что в материале с прерывистой текучестью тип зубчатости определяется коэффициентом деформационного упрочнения К и показателем деформационного упрочнения п. На стадии линейного упрочнения (K=const и и=7) формируются зубцы типа В или С. На стадии параболического упрочнения Тейлора (Kfeonst, п=Уг) и на стадии предразрушения (K&onst, п<х/г) формируются зубцы типа Л.
Предложена модель формирования картин макролокализации пластической деформации, согласно которой вид картины определяется типом зубчатости и напряженно-деформированным состоянием, при котором возникают соответствующие зубцы.
Впервые показано, что в материале с прерывистой текучестью изменение скорости ультразвука в процессе активного нагружения имеет скачкообразный характер. Форма и продолжительность скачков скорости ультразвука определяются стадией кривой нагружения.
Показано, что зарождению каждого подвижного очага локализованной макродеформации на стадии предразрушения соответствует скачкообразное изменение скорости ультразвука.
Практическая ценность работы заключается в том, что в результате проведенных исследований зависимости скорости ультразвука от напряженно-деформированного состояния алюминиевых сплавов можно осуществлять контроль качества сварных соединений алюминиевых листов, полученных лазерной сваркой, а также рекомендовать интенсивность ударной ультразвуковой обработки для обеспечения высоких технологических и эксплуатационных характеристик выполняемых деталей.
Личный вклад автора состоит в проведении металлографических исследований, механических и ультразвуковых испытаний, а также обработке полученных данных, сопоставлении полученных результатов с литературными данными и формулировании выводов.
Положения, выносимые на защиту
1. Совокупность экспериментальных данных, определяющих связь между ти
пом зубцов прерывистой текучести, стадиями кривой нагружения и видом картин
макролокализации пластической деформации:
зубцы С-типа формируются на стадии линейного упрочнения и соответствуют макролокализации пластического течения в виде фазовой автоволны;
зубцы Л-типа формируются на стадии Тейлора и соответствуют макролокализации в виде стационарной пространственно периодической системы очагов деформации;
на стадии предразрушения неоднородное и несимметричное формирование мезополос деформации, соответствующих зубцам Л-типа, обусловливает образование картины сходящихся к месту будущего разрушения очагов макролокализации.
Модель формирования различных картин макролокализации пластического течения за счет реализации разных типов зубчатости и соответствующих мезополос деформации.
Совокупность данных, устанавливающих связь между скачкообразными изменениями акустического отклика системы, типом прерывистой текучести и картинами макролокализации пластического течения, а именно:
каждому зубцу С-типа на стадии линейного упрочнения соответствуют симметричные с постоянной амплитудой скачки скорости ультразвука;
зубцам Л-типа на стадии Тейлора отвечают асимметричные скачки скорости ультразвука с возрастающей к концу стадии амплитудой;
один асиммегричный скачок скорости ультразвука на стадии предразрушения соответствует нескольким зубцам Л-типа, а начало каждого скачка связано с образованием нового подвижного очага макролокализации пластического течения.
4. Совокупность данных, доказывающих эффективность применения автоцирку-
ляционого метода измерения скорости ультразвука для аттестации сварных соеди
нений листов алюминий-литиевого сплава, полученных путем использования ла
зерной сварки и ударной ультразвуковой обработки этих швов.
Достоверность данной работы обеспечивается комплексным подходом к решению поставленных задач и использованием апробированных методов и методик исследования, применением статистических методов обработки результатов, анализом литературных данных, согласованием полученных результатов с данными других авторов.
Апробация работы
Результаты работы представлены на следующих конференциях: Международной школе-конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов» (Томск, 2005, 2006); Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2006); Г/ Всероссийском научном семинаре памяти профессора С.Д. Волкова «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (Екатеринбург, 2006, 2008); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному моделированию и разработке новых материалов ИФПМ СО РАН (Томск, 2006); 45-ой международной конференции «Актуальные проблемы проч-
ности» (Белгород, 2006); VI Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики. Теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск, 2007); V международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2008); VTH Всероссийской школе-семинаре с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства-2008» (Томск, 2008); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения" (Томск, 2008); The 12а International Conference «Metal Forming 2008» (Krakow, Poland, 2008).
Публикации
Результаты диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, в том числе 5 из них - статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, б разделов и списка литературы. Объем диссертации составляет 131 страницу, в том числе 54 рисунка, 3 таблицы. Список литературы включает 124 наименования.
