Яковенко Ніна Дмитрівна Динамічні задачі для цилін­дричних тіл з непружних матеріалів з мікроструктурними перетвореннями при імпульсному термомеханічному наван­таженні

brief description

Яковенко Ніна Дмитрівна, молодший науковий спів­робітник відділу термопружності Інституту механіки імені
П. Тимошенка НАН України: «Динамічні задачі для цилін­дричних тіл з непружних матеріалів з мікроструктурними перетвореннями при імпульсному термомеханічному наван­таженні» (01.02.04 - механіка деформівного твердого тіла). Спецрада К 26.001.21 у Київському національному універ­ситеті імені Тараса Шевченка

Інститут механіки імені С.П. Тимошенка
Національна академія наук України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
Яковенко Ніна Дмитрівна
УДК 539.3
ДИСЕРТАЦІЯ
Динамічні задачі для циліндричних тіл з непружних матеріалів з
мікроструктурними перетвореннями при імпульсному
термомеханічному навантаженні
01.02.04 – механіка деформівного твердого тіла
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
Н. Д. Яковенко
Науковий керівник
Сенченков Ігор Костянтинович
доктор фізико-математичних наук
Київ – 2018

ЗМІСТ
ВСТУП 17
РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ 27
РОЗДІЛ 2 МОДЕЛІ НЕПРУЖНИХ МАТЕРІАЛІВ З
МІКРОСТРУКТУРНИМИ ПЕРЕТВОРЕННЯМИ 37
2.1. Термомеханічні моделі для викотемпературних процесів . . . . . . 37
2.2. Модель аустеніт-мартенситних перетворень . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Термотрансформаційна деформація . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.2. Дилатометрична крива мартенситного перетворення сталі
35ХМА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.3. Методика розрахунку концентрації фаз . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.4. Приховані теплоти фазових перетворень . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3. Термомеханічна модель течії. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4. Визначення параметрів моделі. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4.1. Конкретизація параметрів моделі та властивостей матеріалу
для мультифазового складу матеріалу. Правило сумішей. . . . . . . . . . .
53
2.5. Постановка осесиметричної динамічної зв’язаної задачі
термомеханіки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
2.6. Скінченно-елементна методика чисельного розв’язування
динамічної задачі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
2.7. Структура перехідної зони початкова фаза - аустеніт. . . . . . . . 73
2.8. Тестування методики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.8.1. Радіальне навантаження циліндра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.8.2. Розтяг стержня з постійною швидкістю. . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.8.3. Температурне збурення напівпростору. . . . . . . . . . . . . . . . . 76
15
2.9. Висновки по розділу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
РОЗДІЛ 3 НЕСТАЦІОНАРНА ДИНАМІЧНА ПОВЕДІНКА
ЦИЛІНДРИЧНИХ ТІЛ ПІД ДІЄЮ ІМПУЛЬСНОГО
ТЕРМОМЕХАНІЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ 80
3.1. Динамічна і квазістатична складові термомеханічного стану. . 80
3.2. Комбіноване термомеханічне імпульсне навантаження циліндра 81
3.2.1. Термомеханічний стан циліндра під дією осьового
термічного імпульсу (задача 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
3.2.2. Навантаження циліндра силовим імпульсом (задача 2). . . . . 95
3.2.3. Комбіноване термомеханічне імпульсне навантаження
циліндра (задача 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
3.2.4 Критичні значення параметрів зовнішнього термічного
навантаження. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
100
3.3. Диск під дією імпульсного термомеханічного навантаження . . . 101
3.3.1. Термомеханічний стан диска під дією термічного імпульсу,
прикладеного в центрі (задача 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.3.2. Навантаження диска силовим імпульсом (задача 2). . . . . . . 112
3.3.3. Термомеханічний стан диска під дією термічного та
механічного імпульсів (задача 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
114
3.4. Півпростір під дією імпульсного термомеханічного
навантаження. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.4.1. Термічне імпульсне навантаження півпростору (задача 1) . . 119
3.4.2. Навантаження півпростору силовим імпульсом (задача 2) . . 125
3.4.3. Термомеханічне імпульсне навантаження напівпростору
(задача 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127
16
3.5. Механізми поверхневого зміцнення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
3.6. Ефекти термоструктурно-механічної зв’язаності . . . . . . . . . . 133
3.7. Достовірність отриманих результатів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.7.1. Достовірність результатів розрахунку. . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
3.7.2. Порівняння з експериментальними даними. . . . . . . . . . . . . . 139
3.8. Порівняння лінійного та нелінійного правил сумішей при
визначенні непружних характеристик багатофазних матеріалів у
динамічних задачах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
ВИСНОВКИ 142
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 143
ДОДАТОК 168
Список опублікованих праць . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Апробація результатів дисертації. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

bibliography

ВИСНОВКИ
В дисертаційній роботі отримані такі результати:
1. Модель течії узагальнено на випадок врахування впливу фазового складу
на непружні характеристики матеріалу.
2. Розроблено методику визначення на основі експериментальних даних
непружних характеристик для окремих фаз; характеристики узагальненої
моделі течії визначаються на основі лінійного правила сумішей.
3. Розвинуто модель динамічних процесів при імпульсному
термомеханічному навантаженні циліндричних тіл з непружних матеріалів із
врахуванням ефектів МСП. Вона базується на узагальненій моделі течії та
термокінетичних діаграмах розпаду переохолодженого аустеніту.
4. Розвинуто методику чисельного розв’язання осесиметричної динамічної
задачі для циліндричних непружних тіл, в якій долучена процедура
врахування залежності параметрів моделі течії від поточного фазового
складу матеріалу.
5. Досліджено поточний і залишковий стан циліндра, диска і півпростору при
термомеханічному імпульсному навантаженні з врахуванням впливу
фазового складу на непружні характеристики матеріалу.
6. Встановлено трьохзонну область залишкових напружень і зміцнення в
подовженому циліндрі, диску та півпросторі при комбінованому
термомеханічному імпульсному навантаженні.
7. Встановлено якісні та кількісні ефекти впливу фазового складу на
непружні характеристики: зміна розтягувальних залишкових напружень на
стискальні; поява додаткового трансформаційного механізму зміцнення
матеріалу, який в кілька разів може бути більшим, ніж деформаційний.
8. Отримано кількісні оцінки температурних ефектів термоструктурномеханічної зв’язаності, які зумовлені об’ємними термопружними ефектами,
дисипацією механічної енергії та прихованими теплотами мікроструктурних
перетворень.