Моделирование процесса возникновения овальности поперечного сечения образцов из монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов при растяжении

Моделирование процесса возникновения овальности поперечного сечения образцов из монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов при растяжении

Автор: Семенов А.С., Беляев М.О., Грищенко А.И.

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

Статья в выпуске: 2, 2017 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается задача об одноосном растяжении цилиндрического тела из монокристаллического материала, обладающего кубической симметрией. Одним из характерных внешних проявлений анизотропии механических свойств материала является потеря начальной круговой формы поперечного сечения цилиндрического образца при растяжении или сжатии в условиях несоосности оси образца с осями анизотропии материала. Задача решается в упругой, упругопластической и упруговязкопластической постановках. При решении краевых задач используются как аналитические, так и численные (трехмерное конечно-элементное моделирование) методы. Для оценки изменения формы сечения вводится безразмерный параметр овальности как отношение разности наибольшего и наименьшего диаметров к наименьшему. Производится сравнение результатов расчета с данными эксперимента на высокотемпературную ползучесть жаропрочного монокристаллического сплава на никелевой основе ВЖМ4. Исследуется влияние отклонения ориентации оси образца от осей анизотропии на форму поперечного сечения под нагрузкой и после ее удаления. При решении неупругих задач используются как микромеханические (кристаллографические) модели, так и феноменологические модели и производится сравнение полученных результатов. Решение задачи в упругопластической постановке с учетом геометрической нелинейности позволяет описать эволюцию процесса образования шейки, которая для анизотропных материалов может быть неосесимметричной. Полученные результаты указывают на необходимость модификации методов измерений при выполнении механических испытаний анизотропных материалов на одноосное растяжение, связанных с регистрацией изменения размера поперечного сечения в целях определения осевой деформации. При идентификации параметров материала овальность может быть использована для оценки осевой деформации, а также для компенсации недостающей информации о кристаллографической ориентации образца.

Еще

Монокристаллические сплавы на никелевой основе, механические свойства, анизотропия, кубическая симметрия, упругость, пластичность, ползучесть, одноосное растяжение, овальность сечения, конечно-элементное моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/146211672

IDR: 146211672   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2017.2.09

Список литературы Моделирование процесса возникновения овальности поперечного сечения образцов из монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов при растяжении

  • Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Елютин Е.С. Монокристаллические жаропрочные сплавы для газотурбинных двигателей//Вестн. Моск. гос. техн. ун-та им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». -2011. -№ SP2. -С. 38-52.
  • Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов/Р.Е. Шалин, И.Л. Светлов, Е.Б. Качанов, В.Н. Толораия, О.С. Гаврилин. -М.: Машиностроение, 1997. -333 с.
  • Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. -М: Машиностроение, 1998. -464 c.
  • Reed R.C. Superalloys: fundamentals and applications. -Cambridge: Cambridge University Press. 2006. -372 p.
  • Голубовский Е.Р., Светлов И.Л., Хвацкий К.К. Закономерности изменения аксиальной и азимутальной анизотропии прочностных характеристик монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов для лопаток ГТД//Авиационно-космическая техника и технология. -2005. -№ 10. -С. 50-54.
  • Голубовский E.Р., Cветлов И.Л., Xвацкий К.К. Влияние аксиальной и азимутальной кристаллографической ориентации на прочностные характеристики жаропрочных никелевых сплавов для монокристаллических лопаток ГТД//Конверсия в машиностроении. -2005. -№ 4-5. -С. 113-115.
  • Сопротивление термической усталости монокристаллического сплава/Л.Б Гецов //Проблемы прочности. -2008. -№ 5. -С. 54-71.
  • Гецов Л.Б., Семенов А.С. Критерии разрушения поликристаллических и монокристаллических материалов при термоциклическом нагружении//Труды ЦКТИ. -2009. -Вып. 296. -С. 83-91.
  • Гецов Л.Б., Семенов А.С., Рыбников А.И. Сопротивление термической усталости жаропрочных сплавов//Теплоэнергетика. -2009. -№ 5. -С. 51-58.
  • Семенов А.С., Гецов Л.Б. Критерии термоусталостного разрушения монокристаллических жаропрочных сплавов и методы определения их параметров//Проблемы прочности. -2014. -№ 1. -С. 50-62.
  • Сопротивление деформированию и разрушению монокристаллических жаропрочных сплавов при статическом и циклическом нагружении/А.С. Семенов //Вестн. Самар. гос. аэрокос. ун-та им. С.П. Королёва. -2014. -№ 5-3 (47). -С. 66-75.
  • Thermocyclic-and static-failure criteria for single-crystal superalloys of gas-turbine blades/L.B. Getsov, A.S. Semenov, E.A. Tikhomirova, A.I. Rybnikov//Materials and Technology. -2014. -Vol. 48. -P. 255-260.
  • Расчетное определение ресурса рабочих и направляющих лопаток ГТУ. Ч. 2. Монокристаллические материалы/Л.Б Гецов //Газотурбинные технологии. -2011. -№ 8. -С. 18-25.
  • Методика определения длительной прочности охлаждаемых лопаток из монокристаллических жаропрочных сплавов/Л.Б Гецов //Теплоэнергетика. -2017. -№ 4. -С. 1-9.
  • Primary creep in nickel-base superalloys/D.M. Shah, S. Vega, S. Woodard, A.D. Cetel//Superalloys. -2004. -P. 197-206.
  • К вопросу о повышении ресурсных возможностей сопловых лопаток газотурбинных двигателей на основе использования нового монокристаллического сплава/С.Г. Семенов //Проблемы машиностроения и надежности машин. -2016. -№ 4. -С. 30-38.
  • Особенности ползучести и длительной прочности жаропрочных монокристаллических сплавов на никелевой основе/С.Г. Семенов //Металловедение и термическая обработка металлов. -2015. -№ 12 (726). -С. 29-37.
  • Arthington M.R., Siviour C.R., Petrinic N., Elliott B.C.F. Cross-section reconstruction during uniaxial loading//Meas. Sci. Technol. -2009. -Vol. 20. -075701.
  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VII. Теория упругости. -4-е изд. -М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит. 1987. -248 с.
  • Voigt W. Lehrbuch der Kristallphysik. -Teubner: Leipzig, Berlin, 1928. -944 p. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. -М.: Наука, 1977. -417 с.
  • Ansys 15.0 Documentation. SAS IP, Inc. 2014. Семенов А.С. PANTOCRATOR -конечно-элементный программный комплекс, ориентированный на решение нелинейных задач механики//Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности констр. и методы их решения: тр. V Междунар. конф. -СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. -С. 466-480.
  • Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения/Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Светлов И.Л., Демонис И.М. //Авиационные материалы и технологии. -2012, № S. -С. 36-52.
  • Hill R. A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic metals//Proc. R. Soc. Lond. A. -1948. -Vol. 193. -No. 1033. -P. 281-297.
  • Нелинейная механика материалов; пер. с франц. А.С. Кравчука/Ж. Бессон, Ж. Каето, Ж.Л. Шабош, С. Форест. -СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. -397 с.
  • Desmorat R., Marull R. Non-quadratic Kelvin modes based plasticity criteria for anisotropic materials//International Journal of Plasticity. -2011. -Vol. 27. -P. 328-351.
  • Smith G.F., Kiral E. Integrity bases for N symmetric second-order tensors, the crystal classes//Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, -1969, -Serie 18 (1). -P. 5-22.
  • Семенов А.С. Идентификация параметров анизотропии феноменологического критерия пластичности для монокристаллов на основе микромеханической модели//Науч.-техн. ведомости С.-Петерб. гос. политехн. ун-та. Физ.-мат. науки. -2014. -№ 2 (194). -С. 15-29.
  • Nekliudova E.A., Semenov A.S., Melnikov B.E., Semenov S.G. Experimental research and finite element analysis of elastic and strength properties of fiberglass composite material//Инженерно-строительный журнал. -2014. -№ 3 (47). -С. 25-39.
  • Мельников Б.Е., Семенов А.С., Семенов С.Г. Многомодельный анализ упругопластического деформирования материалов и конструкций. Современное состояние//Тр. ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. -2010. -№ 53. -С. 85-92.
  • Melnikov B.E., Semenov A.S. Creation and application of hierarchical sequence of material models for numerical analysis of elasto-plastic structures//Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik. -1996. -Vol. 76. -No. S. 2. -P. 615-616.
  • Asaro R.J. Crystal plasticity//J. Appl. Mech. -1983. -Vol. 50. -No. 4b. -P. 921-934.
  • Asaro R.J. Micromechanics of crystals and polycrystals//Advances in Applied Mechanics. -1983. -Vol. 23. -P. 1-115.
  • Линь Т.Г. Физическая теория пластичности//Проблемы теории пластичности. Сер. Новое в зарубежной механике. Вып.7. -М.: Мир, 1976. -С. 7-68.
  • Cailletaud G.A. Micromechanical approach to inelastic behaviour of metals//Int. J. Plast. -1991. -Vol. 8. -P. 55-73
  • Трусов П.В., Волегов П.С. Определяющие соотношения с внутренними переменными и их применение для описания упрочнения в монокристаллах//Физическая мезомеханика. -2009. -Т. 12, № 5. -С. 65-72.
  • Трусов П.В., Волегов П.С., Кондратьев Н.С. Физические теории пластичности. -Пермь, 2013. -244 с.
  • Kocks U.F., Brown T.J. Latent hardening in aluminium//Acta Metall. -1966. -Vol. 14. -P. 87-98.
  • Семенов А.С. Вычислительные методы в теории пластичности. -СПб: Изд-во СПбГПУ. 2008. -211 с.
  • Катанаха Н.А., Семенов А.С., Гецов Л.Б. Долговечность гибов высокотемпературных паропроводов в условиях длительной эксплуатации//Теплоэнергетика. -2015. -№ 4. -С. 32-42.
  • Grishchenko A.I., Semenov A.S. Effective methods of parameter identification for creep models with account of III stage//MATEC Web of Conferences. -2016. -Vol. 53. -P. 01043.1-7.
  • Локощенко А.М. Моделирование процесса ползучести и длительной прочности металлов. -М.: Изд-во МГИУ, 2007. -263 с.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp