Экспериментальное исследование локализации пластической деформации в сплаве АМг6 при различных видах динамического воздействия

Экспериментальное исследование локализации пластической деформации в сплаве АМг6 при различных видах динамического воздействия

Автор: Соковиков М.А., Оборин В.А., Чудинов В.В., Уваров С.В., Наймарк О.Б.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 3, 2021 года.

Бесплатный доступ

Исследование посвящено обоснованию одного из механизмов локализации пластической деформации при высокоскоростном нагружении, связанном со скачкообразными процессами в дефектной структуре материалов. Для этого проводились эксперименты по изучению локализации пластической деформации в образцах из сплава АМг6 при нагружении на стержне Гопкинсона-Кольского и при пробивании преград. Температурные поля при пластическом деформировании с целью идентификации характерных стадий локализации деформации исследовались «in-situ» с использованием высокоскоростной инфракрасной камеры CEDIP Silver 450M. Значения температур в зоне локализации свидетельствуют от том, что механизм локализации деформации, обусловленный термопластической неустойчивостью в осуществленных условиях нагружения для сплава АМг6, не реализуется. Испытанные образцы специальной формы подвергались исследованию рельефа поверхности с помощью оптического интерферометра-профилометра NewView-5010 с последующей обработкой 3D-данных деформационного рельефа, а также вычислением масштабного инварианта (показателя Хёрста) и пространственного масштаба области, на которой наблюдается коррелированное поведение мезодефектов. Результаты экспериментальных исследований по динамическому нагружению с изучением температурных полей, изучение рельефа поверхности деформированных образцова в материале позволяют предполагать, что один из механизмов локализации пластической деформации при реализованных условиях нагружении в сплаве АМг6 обусловлен скачкообразными процессами в дефектной структуре материала.

Еще

Динамическое нагружение, локализация пластической деформации, инфракрасное сканирование, исследование рельефа поверхности деформированных образцов

Короткий адрес: https://sciup.org/146282360

IDR: 146282360   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2021.3.14

Список литературы Экспериментальное исследование локализации пластической деформации в сплаве АМг6 при различных видах динамического воздействия

  • Grady D.E., Kipp M.E. The growth of unstable thermoplastic shear with application to steady-wave shock compression in solids // J. Mech. Phys. Solids. - 1987. - Vol. 35, no. 1. - P. 95-119. DOI.org/10.1016/0022-5096(87)90030-5
  • Bai Y.L. Thermo-plastic instability in simple shear // J. Mech. Phys. Solids. - 1982. - Vol. 30, no. 4. - P. 195-207. DOI.org/10.1016/0022-5096(82)90029-1
  • On critical conditions for shear band formation at high strain rates / Clifton R.J., Duffy J., Hartley K.A., Shawki T.G. // Scripta Metall. - 1984. - Vol. 18, no. 5. - P. 443-448. DOI.org/10.1016/0036-9748(84)90418-6
  • 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 Phenom. - 1988. - Vol. 3-4. - P. 447-467.
  • Molinari A. Collective behavior and spacing of adiabatic shear bands // J. Mech. Phys. Solids. - 1997. - Vol. 45, no. 9. - P. 1551-1575. doi: 10.1016/S0022-5096(97)00012-4
  • Molinari A., Clifton R. Localisation de la déformation viscoplastique en cisaillement simple, résultats exacts en théorie non-linéaire // C. R. Acad. Sci. - 1983. - Vol. 2, no. 296. - P. 1-4.
  • Wright T.W. Shear band susceptibility: work hardening materials // Int. J. Plast. - 1992. - Vol. 8. - P. 583-602. DOI.org/10.1016/0749-6419(92)90032-8
  • 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, no. 7. - P. 927-934. DOI.org/10.1016/S0749-6419(96)00034-4
  • Wright T.W., Walter J.W. On stress collapse in adiabatic shear bands // J. Mech. Phys. Solids. - 1987. - Vol. 35, no. 6. - P. 701-720. DOI.org/10.1016/0022-5096(87)90051-2
  • Zhou F., Wright T.W., Ramesh K.T. 2006. The formation of multiple adiabatic shear bands // J. Mech. Phys. Solids. - 2006. - Vol. 54, no. 7. - P. 1376-1400. doi: 10.1016/j.jmps.2006.01.006
  • Yang Y., Zeng Y., Gao Z.W. Numerical and experimental studies of self-organization of shear bands in 7075 aluminium alloy // Mater. Sci. Eng. - 2008. - Vol. A 496. - P. 291-302.
  • McDowell D.L. A perspective on trends in multiscale plasticity// Int. J. Plast. - 2010. - Vol. 26, no. 9. - P. 1280-1309. DOI.org/10.1016/j.ijplas.2010.02.008
  • 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. doi: 10.1016/j.ijplas.2010.03.002
  • An experimental and numerical study of the localization behavior of tantalum and stainless steel / C. Bronkhorst, E. Cerreta, Q. Xue, P. Maudlin, T., III, G.G. Mason // Int. J. Plast. - 2006. - Vol. 22, no. 7. - P. 1304-1335.
  • 2009. The in uence of microstructure on the mechanical response of copper in shear / E. Cerreta, I. Frank, G. Gray, C. Trujillo, D. Korzekwa, L. Dougherty // Mater. Sci. Eng. - 2009. - Vol. A 501, no. 1-2. - P. 207-219.
  • Rittel D., Wang Z., Merzer M. Adiabatic shear failure and dynamic stored energy of cold work // Phys. Rev. Lett. - 2006. - Vol. 96. - P. 075502. doi: 10.1103/PhysRevLett.96.075502
  • Rittel D. A different viewpoint on adiabatic shear localization // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2009. - Vol. 42. - P. 214009. doi: 10.1088/0022-3727/42/21/214009
  • On the dynamic character of localized failure / S. Osovski, Y. Nahmany, D. Ritte, P. Landau, A. Venkert // Scripta Materialia. - 2012. - Vol. 67, no. 7-8. - P. 693-695. DOI.org/10.1016/j.scriptamat.2012.07.001
  • Grady D.E. Properties of an adiabatic shear-band process zone // J. Mech. Phys. Solids. -1992. - Vol. 40, no. 6. - P. 1197- 1215. DOI.org/10.1016/0022-5096(92)90012-Q
  • Grady D.E., Kipp M.E. The growth of unstable thermoplastic shear with application to steady-wave shock compression in solids // J. Mech. Phys. Solids. - 1987. - Vol. 35, no. 1. - P. 95-119. DOI.org/10.1016/0022-5096(87)90030-5
  • Nesterenko V.F., Meyers M.A., Wright T.W. Self-organization in the initiation of adiabatic shear bands // Acta Mater. - 1998. - Vol. 46, no. 1. - P. 327-340. DOI.org/10.1016/S1359-6454(97)00151-1
  • Nesterenko V.F., Xue Q., Meyers M.A. Self-organization of shear bands in Ti, Ti-6Al-4V, and 304 stainless steel // J. Phys. IV 10 (Pr9). - 2000. - P. 269-274. doi: 10.1016/j.msea.2004.05.069
  • Xue Q., Meyers M.A., Nesterenko V.F. 2002. Self-organization of shear bands in titanium and Ti-6Al-4V alloy // Acta Mater. - 2002. - Vol. 50, no. 3. - P. 575-596. doi: 10.1016/S1359-6454(01)00356-1
  • Marchand A., Duffy J. An experimental study of the formation process of adiabatic shear bands in a structural steel // J. Mech. Phys. Solids. - 1988. - Vol. 36, no. 3. - P. 251-283. DOI.org/10.1016/0022-5096(88)90012-9
  • 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, no. 1. - P. 59-71. DOI.org/10.1016/0167-6636(88)90006-3
  • Yang Y., Zeng Y., Gao Z.W. Numerical and experimental studies of self-organization of shear bands in 7075 aluminium alloy // Mater. Sci. Eng. - 2008. - Vol. A 496. - P. 291-302. doi: 10.1016/j.msea.2008.07.043
  • Effect of orientation on self-organization of shear bands in 7075 aluminum alloy / Y. Yang, H.G. Zheng, Z.J. Shi, Q.M. Zhang // Mater. Sci. Eng. - 2011. - Vol. A 528. - P. 2446-2453. doi: 10.1016/j.msea.2010.12.050
  • Mott N., Jones H. The theory of the properties of metals and alloys. Dover books on physics. - 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. doi: 10.1016/S0749-6419(01)00004-3
  • Johnson G.R., Cook W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures // Proceedings of 7th International Symposium on Ballistics. The Hague, Netherlands. 19-21 April 1983. - P. 541-547.
  • Daridon L., Oussouaddi O., Ahzi S. In uence of the material constitutive models on the adiabatic shear band spacing: MTS, Power Law and Johnson-Cook models // Int. J. Solids Struct. - 2004. - Vol. 41. - P. 3109-3124. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2004.01.008
  • 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, no. 1. - P. 81-93. DOI.org/10.1016/0001-6160(88)90030-2.
  • Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов и некоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения // Физическая мезомеханика. - 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 and P. Mariano. - Birkhäuser, Boston, 2004. - P. 75-114.
  • Образец для испытания на сдвиг (варианты) и способ испытаний его: пат. 2482463 Рос. 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.
  • Устройство для испытания материала на сдвиг и кручение при скорости деформации 10^2-10^5 с-1 и способ определения зависимости максимального касательного напряжения от деформации сдвига в образце материала в виде сплошного цилиндрического стержня и способ определения зависимости напряжения от деформации сдвига в образце материала в виде тонкостенной цилиндрической трубы с использованием этого устройства: пат. 2584344 Рос. Федерация / Наймарк О.Б., Соковиков М.А., Плехов О.А., Уваров С.В., Чудинов В.В., Билалов Д.А., Оборин В.А. № 2014146367/28; заявл. 18.11.2014; опубл. 20.05.2016. - Бюл. № 14.
  • Structural mechanisms of formation of adiabatic shear bands / M. Sokovikov, D. Bilalov, V. Oborin, V. Chudinov, S. Uvarov, Y. Bayandin, O. Naimark // Frattura ed Integrità Strutturale. - 2016. - Vol. 10, no. 38. - P. 296-304. doi: 10.3221/IGF-ESIS.38.40
  • Численное моделирование и экспериментальное исследование локализации пластической деформации при динамическом нагружении образцов в условиях близких к чистому сдвигу / Д.А. Билалов, М.А. Соковиков, В.В. Чудинов, В.А. Оборин, Ю.В. Баяндин, А.И. Терехина, О.Б. Наймарк // Вычислительная механика сплошных сред. - 2017. - Т. 10, № 1. - С. 103-112. doi: 10.7242/1999-6691/2017.10.1.9
  • Bouchaud E. Scaling properties of cracks // J. Phys. Condens. Matter. - 1997. - Vol. 9, no. 21. - P. 4319-4344. doi: 10.1088/0953-8984/9/21/002
  • Multiscale study of fracture in aluminum-magnesium alloy under fatigue and dynamic loading / V.A. Oborin, M.A. Bannikov, O.B. Naimark, M.A. Sokovikov, D.A. Bilalov // Frattura ed Integrità Strutturale. - 2015. - Vol. 34. - P. 479-483. doi: 10.3221/IGF-ESIS.34.47
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp