Изучение механизма разрушения сплавов локализованным сдвигом при динамическом нагружении

Изучение механизма разрушения сплавов локализованным сдвигом при динамическом нагружении

Автор: Соковиков Михаил Альбертович, Чудинов Василий Валерьевич, Оборин Владимир Александрович, Уваров Сергей Витальевич, Наймарк Олег Борисович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 3 т.12, 2019 года.

Бесплатный доступ

Эксперименты по динамическому нагружению образцов из сплава АМг6 проводились на стержне Гопкинсона-Кольского и при пробивании преград. Термодинамика процесса деформирования с целью идентификации характерных стадий локализации деформации исследовалась in-situ путем регистрации температурных полей с использованием высокоскоростной инфракрасной камеры CEDIP Silver 450M. Измеренная в зонах локализации температура не подтверждает традиционные представления о механизме локализации деформации, обусловленном термопластической неустойчивостью. Проведены динамические испытания образцов специальной формы, разработанных для изучения локализации пластической деформации из сплавов Сталь 3, АМг6 и Д16 на разрезном стержне Гопкинсона-Кольского с применением системы неинвазивного измерения деформаций StrainMaster. Построены поля перемещений и деформаций в этих образцах. Сравнение экспериментально полученных полей температур и полей деформаций с результатами численного моделирования, реализованного с учётом особенностей кинетики накопления мезодефектов в материале, дает удовлетворительное соответствие с точностью ~20%...

Еще

Локализация пластического сдвига, динамическое нагружение, численное моделирование, эволюция дефектной структуры, исследование рельефа поверхности деформированных образцов

Короткий адрес: https://sciup.org/143168904

IDR: 143168904   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.3.26

Список литературы Изучение механизма разрушения сплавов локализованным сдвигом при динамическом нагружении

  • Grady D.E., Kipp M.E. The growth of unstable thermoplastic shear with application to steady-wave shock compression in solids // J. Mech. Phys. Solid. 1987. Vol. 35. P. 95-119.
  • Bai Y.L. Thermo-plastic instability in simple shear // J. Mech. Phys. Solid. 1982. Vol. 30. P. 195-207.
  • Clifton R.J., Duffy J., Hartley K.A., Shawki T.G. On critical conditions for shear band formation at high strain rates // Scripta Metall. 1984. Vol. 18. P. 443-448.
  • Molinari A. Instabilité thermoviscoplastique en cisaillement simple // J. Mec. Theor. Appl. 1985. Vol. 4, no. 5. P. 659-684.
  • Molinari A. Shear band analysis // Solid State Phenomena. 1988. Vol. 3-4. P. 447-467.
  • Molinari A. Collective behavior and spacing of adiabatic shear bands // J. Mech. Phys. Solid. 1997. Vol. 45. P. 1551-1575.
  • Molinari A., Clifton R.J. Localisation de la déformation viscoplastique en cisaillement simple, résultats exacts en théorie non-linéaire // C. R. l'Acad. Sci., Ser. II. 1983. Vol. 296. P. 1-4.
  • Wright T.W. Shear band susceptibility: Work hardening materials // Int. J. Plast. 1992. Vol. 8. P. 583-602.
  • Wright T.W., Ockendon H. A scaling law for the effect of inertia on the formation of adiabatic shear bands // Int. J. Plast. 1996. Vol. 12. P. 927-934.
  • Wright T.W., Walter J.W. On stress collapse in adiabatic shear bands // J. Mech. Phys. Solid. 1987. Vol. 35. P. 701-720.
  • Zhou F., Wright T.W., Ramesh K.T. The formation of multiple adiabatic shear bands // J. Mech. Phys. Solid. 2006. Vol. 54. P. 1376-1400.
  • Yang Y., Zeng Y., Gao Z.W. Numerical and experimental studies of self-organization of shear bands in 7075 aluminium alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 496. P. 291-302.
  • McDowell D.L. A perspective on trends in multiscale plasticity // Int. J. Plast. 2010. Vol. 26. P. 1280-1309.
  • Austin R.A., McDowell D.L. A dislocation-based constitutive model for viscoplastic deformation of fcc metals at very high strain rates // Int. J. Plast. 2011. Vol. 27. P. 1-24.
  • Bronkhorst C.A., Cerreta E.K., Xue Q., Maudlin P.J., Mason T.A., Gray G.T. An experimental and numerical study of the localization behavior of tantalum and stainless steel // Int. J. Plast. 2006. Vol. 22. P. 1304-1335.
  • Cerreta E.K., Frank I.J., Gray G.T., Trujillo C.P., Korzekwa D.A., Dougherty L.M. The influence of microstructure on the mechanical response of copper in shear // Mater. Sci. Eng. A. 2009. Vol. 501. P. 207-219.
  • Rittel D., Wang Z.G., Merzer M. Adiabatic shear failure and dynamic stored energy of cold work // Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 96. 075502.
  • Rittel D. A different viewpoint on adiabatic shear localization // J. Phys. Appl. Phys. 2009. Vol. 42. 214009.
  • Osovski S., Nahmany Y., Rittel D., Landau P., Venkert A. On the dynamic character of localized failure // Scripta Mater. 2012. Vol. 67. P. 693-695.
  • Grady D.E. Properties of an adiabatic shear-band process zone // J. Mech. Phys. Solid. 1992. Vol. 40. P. 1197-1215.
  • Grady D.E., Kipp M.E. The growth of unstable thermoplastic shear with application to steady-wave shock compression in solids // J. Mech. Phys. Solid. 1987. Vol. 35. P. 95-119.
  • Nesterenko V.F., Meyers M.A., Wright T.W. Self-organization in the initiation of adiabatic shear bands // Acta Mater. 1998. Vol. 46. P. 327-340.
  • Nesterenko V.F., Xue Q., Meyers M.A. Self-organization of shear bands in Ti, Ti-6%Al-4%V, and 304 stainless steel // J. Phys. IV France. 2000. Vol. 10. P. Pr9-269-Pr9-274.
  • Xue Q., Meyers M.A., Nesterenko V.F. Self-organization of shear bands in titanium and Ti-6Al-4V alloy // Acta Mater. 2002. Vol. 50. P. 575-596.
  • Marchand A., Duffy J. An experimental study of the formation process of adiabatic shear bands in a structural steel // J. Mech. Phys. Solid. 1988. Vol. 36. P. 251-283.
  • Giovanola J.H. Adiabatic shear banding under pure shear loading. Part I: direct observation of strain localization and energy dissipation measurements // Mech. Mater. 1988. Vol. 7. P. 59-71.
  • Yang Y., Zheng H.G., Shi Z.J., Zhang Q.M. Effect of orientation on self-organization of shear bands in 7075 aluminum alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2011. Vol. 528. P. 2446-2453.
  • Mott N.F., Jones H. The theory of the properties of metals and alloys. Dover Publications, 1958. 326 p.
  • Batra R.C., Chen L. Effect of viscoplastic relations on the instability strain, shear band initiation strain, the strain corresponding to the minimum shear band spacing, and the band width in a thermoviscoplastic material // Int. J. Plast. 2001. Vol. 17. P. 1465-1489.
  • Johnson G.R., Cook W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures // Proc. of the 7th Int. Symp. on Ballistics. Hague, Netherlands, April 19-21, 1983. P. 541-547.
  • Daridon L., Oussouaddi O., Ahzi S. Influence of the material constitutive models on the adiabatic shear band spacing: MTS, power law and Johnson-Cook models // Int. J. Solid. Struct. 2004. Vol. 41. P. 3109-3124.
  • Follansbee P.S., Kocks U.F. A constitutive description of the deformation of copper based on the use of the mechanical threshold stress as an internal state variable // Acta Metall. 1988. Vol. 36. P. 81-93.
  • Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов и некоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения // Физ. мезомех. 2003. Т. 6, № 4. C. 45-72.
  • Naimark O.B. Defect-induced transitions as mechanisms of plasticity and failure in multifield continua // Advances in multifield theories of continua with substructure / Ed. G. Capriz, P. Mariano. Boston, Birkhäuser, 2004. P. 75-114.
  • Образец для испытания на сдвиг (варианты) и способ испытаний его: пат. 2482463 Российская Федерация / Наймарк О.Б., Баяндин Ю.В., Соковиков М.А., Плехов О.А., Уваров С.В., Банников М.В., Чудинов В.В. - № 2011114711/28; заявл. 14.04.2011; опубл. 20.05.2013, Бюл. № 14.
  • Sokovikov M., Bilalov D., Oborin V., Chudinov V., Uvarov S., Bayandin Y., Naimark O. Structural mechanisms of formation of adiabatic shear bands // Frattura ed Integrita Strutturale. 2016. Vol. 38. P. 296-304.
  • Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В., Оборин В.А., Баяндин Ю.В., Терёхина А.И., Наймарк О.Б. Численное моделирование и экспериментальное исследование локализации пластической деформации при динамическом нагружении образцов в условиях близких к чистому сдвигу // Вычисл. мех. сплош. сред. 2017. Т. 10, № 1. С. 103-112.
  • Froustey C., Наймарк О.Б., Пантелеев И.А., Билалов Д.А., Петрова А.Н., Ляпунова Е.А. Многомасштабные механизмы структурной релаксации и разрушения в условиях адиабатического сдвига // Физ. мезомех. 2017. Т. 20, № 1. С. 33-44.
  • Билалов Д.А., Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б. Математическое моделирование процесса разрушения сплава АМг2.5 в режиме много- и гигацикловой усталости // Вычисл. мех. сплош. сред. 2018. Т. 11, № 3. С. 323-334.
  • Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В. Многомасштабные механизмы локализации пластической деформации при пробивании преград // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 5. С. 43-47.
  • Bouchaud E. Scaling properties of cracks // J. Phys. Condens. Matter. 1997. Vol. 9. P. 4319-4344.
  • Oborin V.A., Bannikov M.A., Naimark O.B., Sokovikov M.A., Bilalov D.A. Multiscale study of fracture in aluminum-magnesium alloy under fatigue and dynamic loading // Frattura ed Integrità Strutturale. 2015. Vol. 34. P. 479-483.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp