Олішевська Валентина Євгенівна. Тріщиностійкість і механізм руйнування шарових металевих матеріалів, отриманих зварюванням вибухом

brief description

Олішевська Валентина Євгенівна. Тріщиностійкість і механізм руйнування шарових металевих матеріалів, отриманих зварюванням вибухом: дисертація канд. техн. наук: 05.02.01 / Придніпровська держ. академія будівництва та архітектури. - Д., 2003

Олішевська В.Є. Тріщиностійкість і механізм руйнування шарових металевих матеріалів, отриманих зварюванням вибухом. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2003.
Дисертація присвячена встановленню закономірностей руйнування шарових композиційних матеріалів, отриманих зварюванням вибухом, визначенню напружено-деформованого стану та тріщиностійкості композицій з використанням критеріїв механіки руйнування, удосконаленню методів моделювання тріщиностійких матеріалів. Розроблено методику автоматизованого розрахунку статичної тріщиностійкості шарових матеріалів, що враховує особливості побудови границі з’єднання шарів і властивості металу шва й колошовної зони. Проведено чисельне моделювання руйнування багатошарових матеріалів при статичному навантаженні на основі методу кінцевих елементів. Проведено експериментальне дослідження шарових матеріалів, яке показало, що ШКМ із визначеним співвідношенням физико-механічних властивостей шарів дозволяють підвищити статичну тріщиностійкість на 28...86 %, а довговічність в умовах багатоциклового навантаження у 1,5 рази. Вивчена кінетика росту втомлених тріщин, встановлено гальмування та зупинка тріщин міжшаровими поверхнями розділу. Результати проведеного дослідження показали, що застосування ШКМ, отриманих зварюванням вибухом, як способу раціонального конструктивного гальмування зростаючих тріщин є важливим засобом підвищення опору руйнуванню.

1. Аналіз літературних даних по руйнуванню конструкційних матеріалів показав, що одним із шляхів рішення проблеми підвищення надійності і довговічності конструкцій і деталей машин може бути застосування шарових композиційних матеріалів. Створення шарових композиційних матеріалів підвищеної тріщиностійкості вимагає застосування нових критеріїв надійності оцінки здатності шарового матеріалу опиратися поширенню тріщини. Як такий критерій використано критерій механіки руйнування коефіцієнт інтенсивності напружень.
2. Зварювання вибухом шарових композицій із шарів металів з різними фізико-механічними властивостями, дозволяє одержувати матеріали з високою в'язкістю руйнування.
3. Експериментально і теоретично доведена можливість підвищення тріщиностійкості конструкційних матеріалів шляхом використання шарових композицій, що мають у своїй структурі бар'єри границі шарів, створені зварюванням вибухом, і високопластичні прошарки. Заміна монометалу біметалом, що має границю з'єднання шарів, дозволила збільшити тріщиностійкість матеріалу при статичному навантаженні на 86 %. Заміна монометалу триметалом із проміжним пластичним прошарком збільшила статичну тріщиностійкість на 28 %.
4. Експериментально досліджені процеси і механізми руйнування шарових композиційних матеріалів, отриманих зварюванням вибухом. Показано, що руйнування обумовлене локалізацією деформації в поверхневих шарах, супроводжуваною формуванням бугра деформації й утворенням западини.
5. Установлено, що руйнування носить дискретний характер і являє собою поєднання пір і розривів в області локальної пластичної деформації; траєкторія руху тріщини має складну конфігурацію, викликану її розгалуженням і гальмуванням тріщини біля перешкоди (границі розділу).
6. Установлено, що великий вплив на процес руйнування в шарових матеріалах має різниця фізико-механічних властивостей шарів, що складають композицію. При пружному деформуванні визначальне значення має співвідношення меж пружності. З погляду гальмування руйнування переважною є композиція, у якій тріщина, що поширюється, переходить з матеріалу з більш низьким модулем пружності в матеріал з більш високим модулем, тому що в цьому випадку відбувається зміна напряму руху тріщини і її перехід у міжшарову.
7. Показано, що тріщиностійкість шарових композиційних матеріалів залежить від параметрів зварювання вибухом. Збільшення тиску в зоні зіткнення приводить до зниження статичної тріщиностійкості шарових композицій.
8. Розроблено методику і комплекс програм (з використанням методу кінцевих елементів), що дозволяють виконувати аналіз пружно-деформованого стану тіла з тріщиною і розрахунок критеріїв руйнування. Методика може бути застосована до традиційних конструкційних матеріалів і до шарових композицій. Методика дозволяє розраховувати як силові, так і енергетичні характеристики тріщиностійкості матеріалів. Виконано розрахунки для сталі 45 і шарових композиційних матеріалів на її основі. Відхилення чисельних результатів від експериментальних склало не більше 8 %.
9. Методика розрахунку напружено-деформованого стану і критеріїв руйнування шарових композиційних матеріалів, отриманих зварюванням вибухом, впроваджена в Державному трубному інституті. Використання даної автоматизованої методики розрахунку статичної тріщиностійкості дозволяє забезпечити на стадії проектування композиційних конструкцій і вузлів необхідну надійність конструкційних матеріалів, одержати значну економію енергоносіїв і засобів, що витрачаються на експериментальне доведення досвідченого зразка.