Введение к работе
Актуальность работы Исследование процесса разрушения, происходящего в материалах с поврежденностью, имеет значительный интерес для широкого класса задач механики. Наиболее важными вопросами такого исследования являются моделирование неоднородности поврежденности, рассмотрение сложного напряженно деформируемого состояния и влияние внешних физических полей.
Моделирование физических явлений при эволюции внутренней структуры, которые наблюдаются в реальных экспериментах, является весьма сложной задачей. Разработка связанных моделей решения таких задач представляет в настоящее время актуальной фундаментальной и практической научной проблемой.
Целями работы являются:
-
Разработка электротермомеханической модели деформирования и разрушения материалов с начальной микроповрежденностью;
-
Подробное исследование механизма порообразования при различных граничных условиях с дальнейшим параметрическим анализом влияния условий внешнего нагружения на процесс локализации пластических деформаций;
3. Прямое численное моделирование эволюции структуры материала под влиянием
электротермического поля и механического нагружения.
Методика исследования Представленные в диссертации исследования опираются в первую очередь на фундаментальные подходы механики деформированного твердого тела, а также математические теории численного моделирования развитые в научных работах В. Н. Кукуджанова и его учеников. В работе используется метод моделирования изменения свойств материала за счет эволюции структуры материала, основанный на введении представительных элементов с дефектами. Получение схемы эволюции структуры материала проводиться в рамках методов теории упругопластического течения. Для численного анализа изменения свойств материала под влиянием электротермического поля и механического нагружения использовался метод конечных элементов, математического анализа и теорий интегро-дифференциальных уравнений.
Научную новизну работы составляют следующие результаты, выносимые на защиту:
-
Разработана электротермомеханическая модель деформирования и разрушения материалов с начальной микроповрежденностью;
-
Реализовано прямое численное моделирование процесса реологической потери устойчивости и локализации пластических деформаций материала с поврежденностью;
-
Подробно описан механизм изгиба однородных и двуслойных пластин (плоскодеформированное состояние) под действием жесткого штампа с учетом трения;
-
Рассмотрен и смоделирован механизм порообразования при различных граничных условиях и дан параметрических анализ влияния концентрации внешнего нагружения на процесс локализации пластических деформаций;
-
Детально рассмотрена схема перехода от упругохрупких свойств разрушения материала к упругопластическим при учете внешних энергетических полей на примере термоэлектропластического воздействия;
-
Подробно исследована эволюция структуры материала под влиянием электротермического поля и механического нагружения с учетом процесса охлаждения при растяжении.
Практическая значимость На основе разработанной электротермомеханической модели деформирования и разрушения материала с микроповрежденностью, а также подробного анализа механизма порообразования с учетом влияния внешнего нагружения на локализацию пластических деформаций предложена схема улучшения пластических свойств. Исследования материала с улучшенными пластическими свойствами на практике показывают увеличение прочности, снижение разрушающих напряжений и увеличение площадки текучести. В диссертационной работе используются модели, широко применяемых в инженерной практике для исследования целого ряда технологических процессов термомеханической обработки металлов.
Исследования по теме диссертации выполнены в рамках проектов, финансируемых Российским фондом фундаментальных исследований (проекты 05-01-00901-а, 06-01-00523-а, 08-01-91302-ИНДа, 09-01-00270-а, 09-08-01194-а, 10-01-92653-ИНД_а, 11-08-00045-а, 12-01-00807-а, 12-08-00366-а, 12-08-01119-а.).
Достоверность полученных результатов подтверждается физической обоснованностью и математической строгостью используемых в работе постановок задач, а также применением современных вычислительных методов при их решении.
Апробация работы Основные результаты диссертации были представлены на Всероссийских и Международных конференциях:
Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии - НМТ-2006», 21-23 ноября 2006 г., Москва;
Международная молодёжная научная конференция «XXXIV Гагаринские чтения», 1-5 апреля 2008 г., Москва;
Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии - НМТ-2008», 11-12 ноября 2008 г., Москва;
XVI Международная конференция по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС'2009), 25-31 мая 2009 г., Алушта, Крым;
VIII Международная конференция по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ'2010), 25-31 мая 2010 г., Алушта, Крым;
II Международная конференция «Актуальные проблемы механики сплошной среды», 4-8 октября 2010 г., Дилижан, Армения;
X Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, 24-30 августа 2011 г, Нижний Новгород;
Международная конференция «Современные проблемы механики», посвященная 100-летию Л.А. Галина, 20-21 сентября 2012г., Москва;
Международная молодёжная научная конференция «XXXIX Гагаринские чтения», 9-13 апреля 2013 г., Москва;
Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы механики деформируемого твердого тела, математического моделирования и информационных технологий», 12-15 августа 2013 г., г. Чебоксары.
Основные результаты диссертации также были доложены на семинарах лаборатории Моделирования в МДТТ по механике сплошной среды им. Л.А. Галина ИПМех РАН и на семинарах кафедры "Физика" МАТИ-РГТУ им. К. Э. Циолковского.
Публикации По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, 5 из них в журналах, рекомендованных к размещению научных публикаций ВАК. Список работ представлен в конце автореферата.
Структура и объём работы Диссертация состоит из введения, двух частей, в каждой из которых две главы, заключения и списка литературы. Общий объём работы составляет 109 страницы, включая 42 рисунка и 2 таблицы. Список литературы содержит 121 наименований.
