Изучение разрушения локализованным сдвигом сплава АМг6 при статическом и динамическом нагружении
Автор: М.А. Соковиков, М.Ю. Симонов, В.А. Оборин, В.В. Чудинов, С.В. Уваров, О.Б. Наймарк
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.14, 2021 года.
Бесплатный доступ
Эксперименты по динамическому нагружению образцов проводились на стержне Гопкинсона-Кольского, статическое нагружение осуществлялось на электромеханической испытательной машине Testometric. Температурные поля в процессах динамического деформирования исследовались «in-situ», для их регистрации использовалась высокоскоростная инфракрасная камера CEDIP Silver 450M. Величины измеренных температур в зоне локализации при динамическом нагружении не подтверждают традиционные представления о механизме локализации деформации, обусловленном термопластической неустойчивостью. Проведены статические и динамические испытания специально разработанных для изучения локализации пластической деформации образцов из сплава АМг6 с применением системы StrainMaster неинвазивного измерения формы и деформаций. Построены поля перемещений и деформаций в образцах. Сравнение экспериментально полученных полей температур при динамическом нагружении и полей деформаций при статическом и динамическом нагружениях с результатами численного моделирования, учитывающего особенности кинетики накопления мезодефектов в рассматриваемом материале, дает удовлетворительное соответствие (с точностью ~20%). В сохраненных после экспериментов образцах специальной формы исследовался рельеф поверхности с помощью оптического интерферометра-профилометра New View-5010 с последующей обработкой 3D данных деформационного рельефа и вычислением масштабного инварианта (показателя Хёрста), а также пространственного масштаба области, на которой наблюдается коррелированное поведение мезодефектов. Выполнены структурные исследования статически и динамически нагруженных образцов на сканирующем электронном микроскопе FEI PHENOM G2 ProX. Данные экспериментов, изучения рельефа поверхности деформированных образцов и их структуры, численного моделирования с учетом кинетикии накопления мезодефектов в материале позволяют предполагать, что в сплаве АМг6 один из механизмов локализации пластической деформации при реализованных скоростях нагружения обусловлен скачкообразными процессами в его дефектной структуре, но характер разрушения образцов при статическом и динамическом нагружениях связан с реализацией различных сценариев поведения дефектных подсистем.
Локализация пластического сдвига, динамическое нагружение, численное моделирование, эволюция дефектной структуры, исследование рельефа поверхности деформированных образцов, структурные исследования
Короткий адрес: https://sciup.org/143176893
IDR: 143176893 | УДК: 539.42 | DOI: 10.7242/1999-6691/2021.14.3.25
Study of localized shear failure of AMg6 alloy specimens under static and dynamic loading
Experiments on dynamic loading of specimens made of AMg6 alloy were conducted on the Hopkinson-Kolsky bar apparatus, while the static loading tests were carried out on the Testometric electromechanical testing machine. Temperature fields generated in the processes of dynamic deformation were investigated "in-situ" by recording temperatures with a high-speed infrared camera CEDIP Silver 450M. The temperature measured in the zone of strain localization formed in the material during dynamic loading does not confirm the traditional view of the strain localization mechanism as the one associated with thermoplastic instability. Static and dynamic tests were carried out for AMg6 alloy specimens specifically designed to study plastic strain localization using for this purpose the Testometric electromechanical testing machine and split Gopkinson-Kolsky bar, as well as the StrainMaster system for noninvasive measurement of shape and strains. Displacement and strain fields generated in specially shaped AMg6 alloy specimens under static deformation and dynamic loading were constructed. Comparison of the temperature fields experimentally obtained under dynamic loading and strain fields under static and dynamic loading with the results of numerical modeling made with account of kinetics of mesodefect accumulation in the material shows good agreement to the accuracy of ~20%. After the experiments, the surface relief of specially shaped stressed specimens was examined using an optical interferometer-profile meter New View-5010. The processing of the obtained 3D strain relief data made it possible to evaluate the scale invariant (Hurst index) and spatial scale of the area where the correlated behavior of mesodefects was observed. The data of experimental studies, the examination of the surface topography of deformed specimens, structural studies, as well as the data of numerical simulation conducted with consideration of the kinetics of mesodefect accumulation in the material suggest that one of the mechanisms of plastic strain localization in the alloy AMg6 at the examined rates of loading is associated with discontinuous processes in the defect structure of materials. However, the character of specimen failure under static and dynamic loading is due to realization of different scenarios for the behavior of defective subsystems.
Список литературы Изучение разрушения локализованным сдвигом сплава АМг6 при статическом и динамическом нагружении
- Giovanola 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. https://doi.org/10.1016/0167-6636(88)90006-3
- Burns T.J. Does a shear band result from a thermal explosion? // Mech. Mater. 1994. Vol. 17. P. 261-271. https://doi.org/10.1016/0167-6636(94)90064-7
- Nemat-Nasser S., Li Y.F., Isaacs J.B. Experimental/computational evolution of flow stress at high strain rates with application to adiabatic shear banding // Mech. Mater. 1994. Vol. 17. P. 111-134. https://doi.org/10.1016/0167-6636(94)90053-1
- Bai Y., Xuc Q., Xu Y., Shen L. Characteristics and microstructure in the evolution of shear localization in Ti-6Al-4V alloy // Mech. Mater. 1994. Vol. 17. P. 155-164. https://doi.org/10.1016/0167-6636(94)90056-6
- Grady D.E. Dynamic of adiabatic shear // J. Phys. IV France. 1991. 1. P. C3-653-C3-660.
- Belytschko T., Krongauz Y., Organ D., Fleming M., Krysl P. Meshless methods: An overview and recent developments // Comput. Meth. Appl. Mech. Eng. 1996. Vol. 139. 3-47. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(96)01078-X
- Wright T.W., Ravichandran G. Canonical aspects of adiabatic shear bands // Int. J. Plast. 1997. Vol. 13. P. 309-325. https://doi.org/10.1016/S0749-6419(97)80002-2
- Medyanik S.N., Liu W.K., Li S. On criteria for dynamic adiabatic shear band propagation // J. Mech. Phys. Solid. 2007. Vol. P. 1439-1461. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2006.12.006
- Rittel D., Ravichandran G., Venkert A. The mechanical response of pure iron at high strain rates under dominant shear // Mater. Sci. Eng. 2006. Vol. 432. P. 191-201. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.05.154
- Rittel D., Wang Z.G., Merzer M. Adiabatic shear failure and dynamic stored energy of cold work // Phys. Rev. Lett. 2006. 96. 075502. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.075502
- Rittel D., Landau P., Venkert A. Dynamic recrystallization as a potential cause for adiabatic shear failure // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 101. 165501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.165501
- Marchand А., 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. https://doi.org/10.1016/0022-5096(88)90012-9
- Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов и некоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения // Физ. мезомех. 2003. Т. 6, № C. 45-72.
- 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. 13 c.
- Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В., Оборин В.А., Баяндин Ю.В., Терехина 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. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2017.10.1.9
- 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. https://doi.org/10.1088/0953-8984/9/21/002
