Пластичность материалов при пропорциональных и непропорциональных циклических нагружениях

Автор: Бондарь В.С., Абашев Д.Р., Петров В.К.

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

Статья в выпуске: 3, 2017 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается математическое моделирование упругопластического деформирования материалов при пропорциональных (простых) и непропорциональных (сложных) циклических нагружениях. В частности, весьма простой вариант теории пластичности, являющейся частным вариантом теории неупругости. Вариант теории пластичности относится к классу одноповерхостных теорий течения при комбинированном упрочнении. Область применимости варианта теории пластичности ограничивается малыми деформациями начально изотропных металлов при температурах, когда нет фазовых превращений, и скоростях деформаций, когда динамическими и реологическими эффектами можно пренебречь. Рассматриваются материалы, обладающие эффектом дополнительного изотропного упрочнения при непропорциональном циклическом нагружении. Приводятся результаты расчетных и экспериментальных исследований упругопластического деформирования и усталостного разрушения материалов при разнообразных непропорциональных циклических нагружениях. На основе анализа результатов экспериментальных исследований деформирования материалов в условиях жесткого несимметричного циклического нагружения формулируется принцип симметрии циклических свойств. Приводятся следствия из принципа симметрии для мягких несимметричных циклических нагружений. Рассматриваются расчетные и экспериментальные результаты исследования процессов несимметричных циклических нагружений. Адекватное описание процессов сложного нагружения, эффектов дополнительного изотропного упрочнения и вышагивания (ratcheting), а также процессов разрушения в рамках одного, довольно простого варианта теории пластичности, является несомненным достоинством рассматриваемого математического моделирования. Причем число материальных функций (в данном случае 14 параметров и 1 функция) значительно меньше числа материальных функций и параметров, замыкающих современные теории. К тому же базовый эксперимент и метод идентификации материальных функций рассматриваемого варианта теории пластичности четко определены и являются достаточно простыми и легко реализуемыми. Сравнение результатов расчетов и экспериментов говорит об адекватности предложенного математического моделирования.

Еще

Пластичность, циклическое нагружение, микронапряжения, дополнительное упрочнение, посадка петли, вышагивание петли, повреждение

Короткий адрес: https://sciup.org/146211693

IDR: 146211693 | DOI: 10.15593/perm.mech/2017.3.04

Список литературы Пластичность материалов при пропорциональных и непропорциональных циклических нагружениях

Кадашевич Ю.И., Помыткин С.П. Об эффекте непропорциональности при сложном циклическом нагружении//Прикладные проблемы прочности и пластичности. Численное моделирование физико-механических систем: межвуз. сб. -М.: Товарищ. науч. изд. КМК. -1995. -C. 171-175.
Lamba H.S., Sidebottom O.M. Cyclic plasticity for nonproportional paths: Parti and 2-comparison with predictions off three incremental plasticity models//ASME Journal of Engineering Materials and Technology. -1978. -Vol. 100. -P. 96-111.
McDowell D. L. An Experimental Study of the Structure of Constitutive Equations for Nonproportional Cyclic Plasticity//ASME Journal of Engineering Materials and Technology. -1985. -Vol. 4. -P. 307-315.
Ohashi Y., Kawai M., Kaito T. Inelastic Behavior of Type 316 Stainless Steel Under Miiltiaxial Nопргорогtional Cyclic Stressings at Elevated Temperature//ASME Journal of Engineering Materials and Technology. -1985. -Vol. 2. -P. 6-15.
Benallal A., Calloch S., Laborderie C., Marquis D. Hardening of metals under cyclic nonproportional loadings in tension-torsionand triaxial tension//International seminar on Multiaxial plasticity. 1-4 Septebmer 1992. Cachan France. -Cachan, 1992. -P. 1-7.
Nonproportional Loadings in Plasticity and Viscoplasticity: Experimentation and Modelling/A. Benallal, J. Lemaitre, D. Marquis, M. Ronsset//Proceedings the International Conference on Non Linear Mechanics. -China, Shanghai, 1985.
Benallal A., Marquis D. Constitutive Equations for Nonproportional Cyclic Elasto-Viscoplasticity//Journal of Engineering Materials and Technology. -1987. -Vol. 109. -P. 326-337.
Benallal A., Marquis D. An Experimental Investigation of Cyclic Hardening of 316 SS Under Complex Multiaxial Loadings//Proc. Of the 9th SMIRT Conf., paper L 10/3. Lausanne, 17-21 August 1987. -Lausanne, 1987.
Benallal A., Le Gallo P., Marquis D. An experimental investigation of cyclic hardening of 316 stainless steel and of 2024 aluminum alloy under multiaxial loading//Nucl. Eng. Des. -1989. -Vol. 114. -P. 345-353.
Delobelle P., Robinet P., Bocher L. Experimental study and phenomenological modelization of ratcheting under uniaxial and biaxial loading on an austenitic stainless steel//Int. J. Plasticity. -1995. -Vol. 11. -P. 295-330.
Haupt P., Kamlah M. Representation of cyclic hardening and softening properties using continuous variables//Int. J. Plasticity. -1995. -Vol. 11. -P. 267-291.
An experimental study on uniaxial and multiaxial strain cyclic characteristics and ratchetting of 316L stainless steel/G.Z. Kang, Q. Gao, X.J. Yang, Y.F. Sun//J. Mater. Sci. Technol. -2001. -Vol. 17. -P. 219-223.
Kanazawa K., Miller K.J., Brown M.W. Cyclic Deformation of 1% Cr. Mo. V. Steel Under Out-of-Phase Loads//Fat. Of Eng. Mat. and Struc. -1979. -Vol. 2. -P. 217.
Kremple E., Lu H. The Hardening and Rate 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. -P. 376-382.
Krieg R.D. A Practical Two Surface Plasticity Theory//Journal of Applied Mechanics. -1975. -Vol. 42. -P. 641-646.
McDowell D.L., Socie D.F. Transient and Stable Deformation Behavior Under Cyclic Nonproportional Loadings. ASTM -STP 853//Proceedings of the International Symposium on Biaxial-Multiaxial I atigue. -San Francisco, 1982. -P. 64-87.
Olschewski J., Pilvin P. Phenomenological vs. micromechanical approaches for multiaxial loading//Preprints of MECAMAT’92. International Seminar on Multiaxial Plstisity. 1-4 September 1992. Cachan France. -Cachan, 1992.
Tasnim H., Stelios K. Ratcheting of Cyclically hardening and softening materials: II Multiaxial behavior//Inter. J. of Plasticity. -1994. -Vol. 10. -No. 2. -P. 185-212.
Tanaka E., Murakami S., Ooka M. Effects of Plastic Strain Amplitudes on Non-proportional Cyclic Plasticity//Acta Mech. -1985. -Vol. 57. -P. 167-182.
Tanaka E., Murakami S., Ooka M. Effects of strain path shapes on nonproportional cyclic plasticity//J. Mech. Phys. Solids. -1985. -Vol. 33. -No. 6. -P. 559-575.
Tanaka E. A non-proportionality parameter and a cyclic viscoplastic constitutive model taking into account amplitude dependences and memory effects of isotropic hardening//Eur. J. Mech. A/Solids. -1994. -Vol. 13. -P. 155-173.
Ziebs J., Meersmanu J., Kuhn H.-J. Effects of proportional and nonproportional staining sequences on hardening/softening behaviour of IN 738 LC at elevated temperatures//Preprints of MECAMAT’92. International Seminar on Multiaxial Plstisity. Cachan France, 1-4 September 1992. -Cachan, 1992.
Hassan T., Taleb L., Krishna S. Influence of non-proportional loading on ratcheting responses and simulations by two recent cyclic plasticity models//Int. J. of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1863-1889 DOI: 10.1016/j.ijplas.2008.04.008
Zhang J., Jiang Y. Constitutive modeling of cyclic plasticity deformation of a pure polycrystalline copper//Int. J. of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1890-1915 DOI: 10.1016/j.ijplas.2008.02.008
Кадашевич Ю.И., Мосолов А.Б. О соотношениях эндохронной теории пластичности с «новой» мерой внутреннего времени при сложном циклическом нагружении//Технология легких сплавов. -1990. -№ 3. -C. 32-36.
Коротких Ю.Г., Маковкин Г.А. О моделировании процессов непропорционального упругопластического деформирования на базе уравнений пластичности с комбинированным упрочнением//Прикладные проблемы прочности и пластичности. Численное моделирование физико-механических процессов: межвуз. сб. -М.: Товарищ. науч. изд. КМК. -1997. -C. 5-10.
Маковкин Г.А. Сравнительный анализ параметров непропорциональности сложного упругопластического деформирования.//Вестн. Нижегород. ун-та им. Н.И. Лобачевского. Сер. Механика. -1999. -Вып. 1. -Н. Новгород: Изд-во ННГУ. -C. 30-36.
Бондарь В.С., Титарев И.А. Вариант теории пластичности для пропорциональных и непропорциональных циклических нагружений//Проблемы прочности и пластичности: межвуз. сб. -Вып. 63. -Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2001. -C. 5-17.
Бондарь В.С. Неупругость. Варианты теории. -М.: Физматлит, 2004. -144 с.
Бондарь В.С., Даншин В.В. Пластичность. Пропорциональные и непропорциональные нагружения. -М.: Физматлит, 2008. -176 с.
Bondar V.S. Inelasticity. Variants of the theory. -New York: Begell House, 2013. -194 p.
Bari S., Hassan T. An advancement in cyclic plasticity modeling for multiaxial ratcheting simulation//Int. J. of Plasticity.-2002. -Vol. 18. -P. 873-894.
Uniaxial ratcheting and fatigue failure of tempered 42CrMo steel: Damage evolution and damage-coupled viscoplastic constitutive model/G. Kang, Y. Liu, J. Ding, Q. Gao//Int. J. of Plasticity. -2009. -Vol. 25. -P. 838-860.
Kan Q., Kang G. Constitutive model for uniaxial transformation ratcheting of super-elastic NiTi shape memory alloy at room temperature//Int. J. of Plasticity. -2009. -Vol. 26 (3). -P. 441-465 DOI: 10.1016/j.ijplas.2009.08.005
Chaboche J.-L. A review of some plasticity and viscoplasticity constitutive theories//Int. J. of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1642-1692.
Rahman S.M., Hassan T., Corona E. Evaluation of cyclic plasticity models in ratcheting simulation of straight pipes under cyclic bending and steady internal pressure//Int. J. of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1756-1791.
Abdel-Karim M. Modified kinematic hardening rules for simulations of ratchetting//Int. J. of Plasticity. -2009. -Vol. 25. -P. 1560-1587.
Abdel-Karim M. An evaluation for several kinematic hardening rules on prediction of multiaxial stress-controlled ratchetting//Int. J. of Plasticity. -2010. -Vol. 26. -P. 711-730.
Dafalias Y.F., Feigenbaum H.P. Biaxial ratchetting with novel variations of kinematic hardening//Int. J. of Plasticity. -2011. -Vol.27. -P. 479-491.
Chaboche J.-L., Kanouté P., Azzouz F. Cyclic inelastic constitutive equations and their impact on the fatigue life predictions//Int. J. of Plasticity. -2012. -Vol.35. -P. 44-66.
Multiaxial ratcheting with advanced kinematic and directional distortional hardening rules/H.P. Feigenbaum, J. Dugdale, Y.F. Dafalias, K.I. Kourousis, J. Plesek//Int. J. of Solids and Structures. -2012. -Vol. 49 (22). -P. 3063-3076.
Hassan T., Taleb L., Krishna S. Influence of non-proportional loading on ratcheting responses and simulations by two recent cyclic plasticity models//Int. J. Plasticity. -2008. -Vol. 24 -P. 1863-1889.
Effect of dynamic strain aging on isotropic hardening in low cycle fatigue for carbon manganese steel/Z.Y. Huang, J.L. Chaboche, Q.Y. Wang, D. Wagner, C. Bathias//Materials Science and Engineering. -2014. -A589. -P. 34-40.
Jiang Y., Zhang J. Benchmark experiments and characteristic cyclic plasticity Deformation//Int. J. of Plasticity. -2008. -Vol. 24. -P. 1481-1515.
Kang G., Kan Q. Contitutive modeling for uniaxial time-dependent ratcheting of SS304 stainless steel//Mech. Mater. -2007. -Vol. 39. -P. 488-499.
Uniaxial ratchetting and fatigue failure of tempered 42CrMo steel:damage evolution and damage-coupled viscoplastic contitutive model/G. Kang, Y. Liu, J. Ding, Q. Gao//Int. J. Plasticity. -2009. -Vol. 25. -P. 838-860.
Multi-mechanism modeling of proportional and non-proportional ratchetting of stainless steel 304/K. Saï, L. Taleb, F. Guesmi, G. Cailletaud//Acta Mech. -2014. -Vol. 225 (11). -P. 3265-3283.
Taleb L., Cailletaud G. Cyclic accumulation of the inelastic strain in the 304L SS under stress control at room temperature: Ratcheting or creep//Int. J. Plasticity. -2011. -Vol. 27 (12). -P. 1936-1958.
Taleb L. About the cyclic accumulation of the inelastic strain observed in metals subjected to cyclic stress control//Int. J. Plasticity. -2013. -Vol. 43. -P. 1-19.
Taleb L., Cailletaud G., Saï K. Experimental and numerical analysis about the cyclic behavior of the 304L and 316L stainless steels at 350 °C//Int. J. Plasticity. -2014. -Vol. 61. -P. 32-48.
Бондарь В.С., Даншин В.В., Макаров Д.А. Математическое моделирование процессов деформирования и накопления повреждений при циклических нагружениях//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2014. -№ 2. -С. 125-152.
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
Socie D. Multiaxial Fatigud Damage Models//ASME Journal of Engineering Materials and Technology. -1988. -Vol. 3. -P. 9-21.
Ильюшин А.А. Пластичность. Основы общей математической теории. -М.: Изд-во АН СССР, 1963. -271 с.
Зубчанинов В.Г., Охлопков Н.Л., Гараников В.В. Экспериментальная пластичность: моногр. Кн. 1. Процессы сложного деформирования.-Тверь: Изд-во ТГТУ, 2003. -172 с.
Зубчанинов В.Г., Гультяев В.И., Зубчанинов Д.В. Экспериментальное исследование сложного деформирования стали 45 по траекториям типа «плоский винт»//Изв. Тул. гос. ун-та. Сер. Строительные материалы, конструкции и сооружения. -Тула: Изд-во Тул. гос. ун-та, 2006. -№ 1.
Jiang Y., Sehitoglu H. Cyclic ratchetting of 1070 steel under multiaxial stress states//Int. J. Plasticity. -1994. -Vol. 10. -No 5. -P. 579-608.
Jiang Y., Sehitoglu H. Modeling of cyclic rathetting plasticity. Part 2.: comparison of model simulations with experiments//ASME J. APPL. Mech. -1996. -Vol. 63. -P. 726-733.

Еще

Статья научная