Неупругое поведение и разрушение материалов при изотермических и неизотермических, простых и сложных нагружениях

Неупругое поведение и разрушение материалов при изотермических и неизотермических, простых и сложных нагружениях

Автор: Бондарь В.С., Абашев Д.Р.

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

Статья в выпуске: 4, 2020 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается математическое моделирование процессов неупругого поведения и разрушения конструкционных материалов (сталей и сплавов) при простых и сложных, изотермических и неизотермических нагружениях в условиях повторности и длительности воздействия термомеханических нагрузок. Математическое моделирование осуществляется на основе прикладной теории неупругости, относящейся к классу теорий течения при комбинированном упрочнении. Формулируются основные положения и приводится сводка основных уравнений прикладной теории неупругости. Определяются материальные функции, замыкающие прикладную теорию неупругости, и приводится связь определяющих функций с материальными. Результаты расчетов на основе прикладной теории неупругости сопоставлены с результатами экспериментов. Во всех представленных исследованиях неупругое деформирование осуществляется в условиях повторности и длительности воздействия термомеханических нагрузок. Рассматривается неупругое деформирование образцов из алюминиевого сплава АЛ-25 при одноосном растяжении-сжатии как при изотермическом, так и неизотермическом циклическом нагружении. Неупругое деформирование при сложном нагружении по двузвенным ломаным траекториям деформаций с различными скоростями деформирования в условиях высокой температуры исследуется на трубчатых образцах из сплава 30ХГСА. Рассматривается неупругое деформирование трубчатых образцов из нержавеющей стали 304 при сложном нагружении в условиях повышенной температуры. Осуществляется мягкое циклическое нагружение по двузвенным траекториям напряжений с различными углами изломов. В конце звеньев траектории напряжений осуществляется выдержка в течение 8 ч. Анализируются результаты расчетов по различным теориям, применяемым в практических расчетах. Рассматривается неупругое деформирование и разрушение образцов из нержавеющей стали 12Х18Н9 при жестком циклическом деформировании в условиях как изотермических, так и неизотермических нагружений. Длительность цикла нагружения составляет 4 мин, что позволяет при высокой температуре проявиться эффектам залечивания и охрупчивания. Наблюдается существенное отличие (почти на порядок) числа циклов до разрушения при синфазных и противофазных режимах изменения силовой деформации и температуры.

Еще

Неупругое поведение, разрушение, простые и сложные нагружения, изотермические и неизотермические нагружения, повторные и длительные нагружения

Короткий адрес: https://sciup.org/146282009

IDR: 146282009   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.10

Список литературы Неупругое поведение и разрушение материалов при изотермических и неизотермических, простых и сложных нагружениях

  • Ильюшин А.А. Пластичность. Основы общей математической теории. – М.: Изд. АН СССР, 1963. – 271 с.
  • Ильюшин А.А. Механика сплошной среды. – М.: Изд-во МГУ, 1990. – 310 с.
  • Новожилов В.В., Кадашевич Ю.И. Микронапряжения в конструкционных материалах. − Л.: Машиностроение, 1990. − 224 с.
  • Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. – М.: Физматгиз, 1966. – 752 с.
  • Термопрочность деталей машин: Справочник / под ред. И.А. Биргера, Б.Ф. Шорра. − М.: Машиностроение, 1975. − 455 с.
  • Bondar V.S. Inelasticity. Variants of the theory. − New York: Begell House, 2013. − 194 p.
  • Бондарь В.С., Даншин В.В., Кондратенко А.А. Вариант теории термовязкости // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2016. – № 1. – С. 39–56. DOI: 10.15593/perm.mech/2016.1.03
  • Бондарь В.С., Даншин В.В., Алхимов Д.А. Анализ циклического деформирования и мало-многоцикловой усталости в условиях одноосного напряженного состояния // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2016. – № 4. – С. 52–71. DOI: 10.15593/perm.mech/2016.4.04
  • Бондарь В.С., Абашев Д.Р., Петров В.К. Сравнительный анализ вариантов теорий пластичности при циклических нагружениях // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2017. – № 2. – С. 23–44.
  • Бондарь В.С., Абашев Д.Р., Петров В.К. Пластичность материалов при пропорциональных и непропорциональных циклических нагружениях // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2017. – № 3. – С. 53–74. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.3.04
  • Бондарь В.С., Абашев Д.Р. Прикладная теория неупругости // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2018. – № 4. – С. 147–162. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.14
  • Constitutive modeling of cyclic plasticity deformation and low-high-cycle fatigue of stainless steel 304 in uniaxial stress state / V.S. Bondar, V.V. Dansin, D.Vu. Long, D.D. Nguyen // Mechanics of Advanced Materials and Structures. – 2018. – Vol. 25(12) – P. 1009–1017. DOI: 10.1080/15376494.2017.1342882
  • Бондарь В.С., Абашев Д.Р., Петров В.К. Некоторые особенности прогнозирования ресурса материалов и конструкций при циклическом нагружении // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 1. – С. 18–26. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.02
  • Бондарь В.С., Абашев Д.Р. Некоторые особенности процессов монотонных и циклических нагружений. Эксперимент и моделирование // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 2. – С. 25–34. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.2.03
  • Abashev D.R., Bondar V.S. Refinement jf plasticity theory for modeling monotonic and cyclic loading processes // Journal of Mechanics of Materials and Structures. – 2020. – Vol. 15, no. 2 – P. 225–239. DOI: 10.2140/jomms.2020.15.225
  • Васин Р.А. Экспериментально-теоретическое исследование определяющих соотношений в теории упругопластических процессов: автореф. дис. … д.ф-м.н. – М.: МГУ, 1987. – 36 с.
  • Качанов Л.М. Теория ползучести. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 1960. – 455 с.
  • Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. − М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. − 424 с.
  • Прикладная теория пластичности / Ф.М. Митенков, И.А. Волков, Л.А. Игумнов, А.В. Каплиенко, Ю.Г. Коротких, В.А. Панов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2015. – 282 с.
  • Волков И.А., Игумнов Л.А., Коротких Ю.Г. Прикладная теория вязкопластичности. Монография. – Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского гос.университета, 2015. – 317 с.
  • Волков И.А., Игумнов Л.А. Введение в континуальную механику поврежденной среды. – М. ФИЗМАТЛИТ, 2017. – 299 с.
  • Капустин С.А., Чурилов Ю.А., Горохов В.А. Моделирование нелинейного деформирования и разрушения конструкций в условиях многофакторных воздействий на основе МКЭ. – Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2015. 347 с.
  • Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. – М.: Машиностроение, 1975. – 400 с.
  • Темис Ю.М. Моделирование пластичности и ползучести конструкционных материалов ГТД // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных научных кадров: материалы 49-й Междунар. науч.-техн. конф. ААИ. Школа-семинар «Современные модели термовязкопластичности». Ч. 2. – М.: МАМИ, 2005. – С. 25–76.
  • Krempl E. The influence of state of stress on low-cycle fatigue of structural materials: a literature survey and interpretive report // Amer. Soc. Test. And Mater. Spec. Techn.Publ. – 1974. – № 549. – Р. 1–46.
  • Krempl E., Lu H. The Hardening and Dependent Behavior of Fully Annealed AISI Type 304 Stainless Steel Under Biaxial in Phase and Out – of – Phase Strain Cycling at Room Temperature // ASME Journal of Engineering Materials and Technology. – 1984. – Vol. 106. – Р. 376–382.
  • Krieg R.D. A. Practical Two Surface plasticity Theory // Journal of Applied Mechanics. – 1975. – Vol. 42. – Р. 641–646.
  • Krieg R.D., Swearengen J.C., Rhode R.W. A physically based internal variable model for rate-dependent plasticity // Proc. ASME/CSME PVP Conference. – 1978. – Р. 15–27.
  • Krieg R.D., Krieg D.B. Accurate of numerical solution methods for the elastic-perfectly plastic model // Trans. ASME. – 1977. – Vol. 199, no. 4. – Р. 510–515.
  • Lemaitre Jean. Coupled elasto-plasticity and damage constitutive equations // Comput. Meth. Appl. Mech. and Eng. – 1985. – Vol. 51, no. 1–3. – Р. 31–49.
  • Constitutive modeling for isotropic materials (HOST) / U.S. Lindholm, K.S. Chan, S.R. Bodner, R.M. Weber, K.P. Walker, B.N. Cassenti // Second annual contract report. – NASA CR – 174980. – 1985.
  • Miller A.K. A unified approach to predicting interactions among creep, cyclic plasticity, and recovery // Nuclear Eng. and Design. – 1978. – Vol. 51. – Р. 35–43.
  • Miller K.J., Brown M.W. Multiaxial fatigue: a brief review // Adv. Fract. Res. Proc. 6ts Int. Conf. New Delhi 4-10 Dec. – 1984. – Vol. I. – Р. 31–56.
  • Miller A.K., Tanaka T.G. NONSS: A new method for integrating unified constitutive equations ander complex histories // Trans. ASME: J. Eng. Mater. and Technol. – 1988. – Vol. 110, no. 3. – Р. 205–211.
  • Ohno N. A constitutive model of cyclic plasticity with a nonhardening strain region // J. Appl. Mech. – 1982. – Vol. 49. – Р. 721–727.
  • Ohno N. Recent topics in constitutive modeling of cyclic and viscoplasticity // Appl. Mech. rev. – 1990. – Vol. 43. – Р. 283.
  • Ohno N., Wang J.D. Transformation of a nonlinear kinematics hardening rulle to a multisurface form under isothermal and nonisothermal conditions // Int. Journal of Plasticity 7. – 1991. – Р. 879–891.
  • Ohno N., Wang J.D. Kinematics hardening rule with critical state of dynamic recovery, Parts I and II // Int. Journal of Plasticity 9. – 1993. – Р. 375–403.
  • Харт. Уравнения состояния для неупругой деформации металлов // Теоретические основы инженерных расчетов: Труды ASME. – 1976. – № 3. – C. 1–7.
  • Chaboche J.L. Constitutive equation for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity // Inter. J. of Plasticity. – 1989. – Vol. 5, no. 3. – Р. 247–302.
  • Chaboche J.L. Thermodynamically based viscoplastic constitutive equations: theory versus experiment // ASME Winter Annual Meeting, Atlanta, GA (USA). – 1991. – Р. 1–20.
  • Chaboche J.L.Cyclic viscoplastic constitutive equations, parts I and II // ASME J. of Applied Mechanics 60. – 1993. – Р. 813–828.
  • Chaboche J.L., Rousselier G. On the plastic an viscoplastic constitutive equations // ASME J. of Pres. Vessel Techn. – 1983. – Vol. 105. – Р. 153–164.
  • Chaboche J.-L. A review of some plasticity and viscoplasticity constitutive theories // Int. J. of Plasticity. − 2008. – Vol. 24. − Р. 1642–1692.
  • Нелинейная механика материалов / Ж. Бессон, Ж. Каето, Ж.-Л. Шабоши, Т.С. Форест. − СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. − 397 с.
  • Аверченков Е.А., Донченко А.С., Егоров В.И. О поведении материала поршня при термомеханическом нагружении // Повышение топливной экономичности и долговечности автомобильных двигателей. – М.: МАМИ, 1983. – Вып. 5. – С. 59–68.
  • Дегтярев В.П. Пластичность и ползучность машиностроительных конструкций. – М.: Машиностроение, 1967. – 131 с.
  • Охаси, Оно, Каваи. Оценка определяющих уравнений ползучести для нержавеющей стали 304 при повторяющемся многоосном нагружении // Теоретические основы инженерных расчетов: Труды ASME. – 1982. – Т. 104, № 3. – С. 1–8.
  • Pugh C.A. Constitutive equations for creep analysis of LMFBR components // Advances in Design for Elevated Temperature Environment, ASME. – 1975. – P. 1–15.
  • Малинин Н.Н., Хажинский Г.М. К построению теории ползучести с анизотропным упрочнением // Изв. АН СССР. МТТ. – 1969. – № 3. – С. 148–152.
  • Миллер А. Математическая модель для монотонного и циклического изменения деформации и деформации ползучести // Теоретические основы инженерных расчетов – Труды ASME. – 1976. – № 2. – С. 1–20.
  • Определяющие соотношения нестационарной ползучести при сложном напряженном состоянии / И.А. Волков, Л.А. Игумнов, Д.А. Казаков, Д.Н. Шишулин, И.В. Сметанин // Проблемы прочности и пластичности. – 2016. – Т. 78, № 4. – С. 436–451.
  • Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении. – М.: Наука, 1979. – 255 с.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp