Расчетно-экспериментальный метод построения диаграммы деформирования материала в условиях неоднородных полей напряжений
Автор: Вильдеман В.Э., Мугатаров А.И., Хмелев А.А.
Статья в выпуске: 2, 2024 года.
Бесплатный доступ
Решение задач обеспечения надежности конструкций требует изучения процессов равновесного накопления повреждений, приводящих в том числе к появлению зон разупрочнения в твердых телах. Представляется целесообразным использование моделей закритического деформирования при проведении прочностного анализа конструкций. Однако получение полных диаграмм деформирования материала в стандартных испытаниях затруднено в связи с образованием локализации деформаций в виде шейки. В то же время использование истинных напряжений, учитывающих изменение поперечного сечения тела, некорректно в связи с реализацией сложного напряженного состояния. В связи с этим необходимой является разработка расчетно-экспериментальных методов построения диаграмм деформирования материала в условиях неоднородных полей напряжений. Рациональным при этом представляется использование данных о полях деформации на поверхности тел, которые могут быть получены, например, с помощью бесконтактных оптических видеосистем. В работе представлен расчетно-экспериментальный метод построения диаграммы деформирования в условиях неоднородных полей напряжений. Рассмотрена упругопластическая модель изотропного материала. Начальными данными метода являются две упругие константы, предел текучести материала, известная диаграмма нагружения тела с концентратором напряжений и соответствующие различным состояниям максимальные значения интенсивности деформаций. Апробация разработанного метода проведена путем численного моделирования процессов растяжения корсетного образца и пластины с концентратором напряжений. Рассмотрены диаграммы деформирования материала с площадкой текучести и без неё. Результаты демонстрируют высокое соответствие изначально задаваемых и восстановленных диаграмм деформирования. Сделан вывод о целесообразности использования разработанного метода при построении диаграмм деформирования материалов и необходимости его модернизации для описания закритической стадии деформирования.
Расчетно-экспериментальный метод, диаграмма деформирования, концентрация напряжений, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/146282912
IDR: 146282912 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.2.03
Список литературы Расчетно-экспериментальный метод построения диаграммы деформирования материала в условиях неоднородных полей напряжений
- Вильдеман, В.Э. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов / В.Э. Вильдеман, Ю.В. Соколкин, А.А. Ташкинов; под ред. Ю.В. Сокол-кина. - М.: Наука: Физматлит, 1997. - 288 с.
- Вильдеман, В.Э. Моделирование процесса деформирования пластины с концентратором напряжений при учете закритической стадии деформирования материала / В.Э. Вильдеман, М.П. Третьяков, А.И. Мугатаров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2020. - № 3. - С. 32-40. DOI: 10.15593/peim.mech/2020.3.04
- Вильдеман, В.Э. Задача о кручении цилиндрического тела с учетом разупрочнения / В. Э. Вильдеман, А. И. Мугата-ров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2019. - № 4. -С. 29-36. DOI: 10.15593/peim.mech/2019.4.03
- Вильдеман, В.Э. Устойчивость закритического деформирования при кручении толстостенного цилиндрического тела / В.Э. Вильдеман, А.И. Мугатаров // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2022. - № 4. - С. 135-147. DOI: 10.15593/peim.mech/2022.4.12
- Радченко, В.П. Метод решения краевой упругопластической задачи о растяжении полосы с концентраторами напряжений с учетом локальных областей пластического разупрочнения материала / В.П. Радченко, С.В. Горбунов // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. - 2014. - № 4 (37). -С. 98-110. DOI: 10.14498/vsgtu1366
- Wildemann, V.E. The analytical and numerical solution of the problem of stretching a system of parallel elements with random strength characteristics taking into account the postcritical stage of deformation and rigidity of the loading system / V.E. Wildemann, A.I. Mugatarov, M.P. Tretyakov // Meccanica. - 2022. - Vol. 57. -Р. 2323-2335. DOI: 10.1007/s11012-022-01573-x
- Вильдеман, В. Э. Моделирование процесса равновесного роста трещины в композитном образце с позиций механики закритического деформирования / В.Э. Вильдеман, А.И. Мугатаров // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. - 2022. - № 1. - С. 48-61. DOI: 10.14498/vsgtu1886
- Numerical investigation of the post-necking behavior of aluminum sheets in the presence of geometrical and material inho-mogeneities / M.B. Gorji, N. Manopulo, P. Hora, F. Barlat // International Journal of Solids and Structures. - 2016. - Vol. 102-103. -Р. 56-65. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2016.10.017
- Necking phenomenon based on the Aramis system / S. Dong, A. Xian, Z. Lian, H.S. Mohamed, H. Ren // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. - 2019. - Vol. 233, iss. 11. - Р. 3904-3916. DOI: 10.1177/095440621880230
- Erpalov, M.P. Optical method to study post-necking material behaviour / M.P. Erpalov, V.A. Khotinov // AIP Conference Proceedings. - 2020. - Vol. 2288, no. 030007. DOI: 10.1063/5.0028748
- Построение расчётных кривых деформирования в обеспечение наполнения банка данных по конструкционной прочности материалов авиационных двигателей / Б.Е. Васильев, М.Е. Волков, Е.Н. Бредихина, И.И. Плещеев // Materials Physics and Mechanics. - 2019. - Т. 42, № 5. - С. 656-670. DOI: 10.18720/MPM.4252019_19
- Параметры зарождения шейки в деформируемых образцах хромоникелевой стали, облученных нейтронами / М.С. Мережко, О.П. Максимин, Д. А. Мережко, А.А. Шаймер-денов, M.P. Short // Физика металлов и металловедение. - 2019. -Т. 120, № 7. - С. 778-784. DOI: 10.1134/S0015323019050127
- Identification of post-necking stress-strain curve for sheet metals by inverse method / K. Zhao, L. Wang, Y. Chang, J. Yan // Mechanics of Materials. - 2016. - Vol. 92. - P. 107-118. DOI: 10.1016/j.mechmat.2015.09.004
- Swillo, S. A New Approach for Evaluation True StressStrain Curve from Tensile Specimens for DC04 Steel with Vision Measurement in the Post-Necking Phases / S. Swillo, R. Cacko // Materials. - 2023. - Vol. 16, no. 558. DOI: 10.3390/ma16020558
- Владимиров, С.А. Исследование процесса глубокого деформирования образцов с кольцевой выточкой при их растяжении / С.А. Владимиров, С.И. Трефилов // Космонавтика и ракетостроение. - 2017. - Т. 81, № 3. - С. 81-85.
- Kamaya, M. A procedure for determining the true stressstrain curve over a large range of strains using digital image correlation and finite element analysis / M. Kamaya, M. Kawakubo // Mechanics of Materials. - 2011. - Vol. 43, iss. 5. - P. 243-253. DOI: 10.1016/j.mechmat.2011.02.007
- Identification of Post-necking Tensile Stress-Strain Behavior of Steel Sheet: An Experimental Investigation Using Digital Image Correlation Technique / S.K. Paul, S. Roy, S. Sivaprasad, H.N. Bar, S. Tarafder // Journal of Materials Engineering and Performance. -2018. - No. 27. - P. 5736-5743. DOI: 10.1007/s11665-018-3701-3
- Моделирование процессов деформирования и локализации пластических деформаций при кручении-растяжении тел вращения / В.Г. Баженов, С.В. Зефиров, Л.Н. Крамарев, Е.В. Павлёнкова // Прикладная математика и механика. -2008. - Т. 72, № 2. - С. 342-350.
- Influence of the type of stress-strain state on the true stress-strain curve for the elastoplastic materials / V.G. Bazhenov, S.L. Osetrov, D.L. Osetrov, A.A. Artemyeva // Materials Physics and Mechanics. - 2016. - Vol. 28. - P. 53-56.
- Stability and supercritical behaviour of thin-walled cylindrical shell with discrete aggregate in bending / V.G. Bazhenov, E.G. Gonik, A.I. Kibets, M.V. Petrov, T.G. Fedorova, I.A. Frolova // Materials Physics and Mechanics. - 2016. - Vol. 28. - P. 16-20.
- Баженов, В.Г. Численное моделирование растяжения стержня и идентификация параметров деформирования материала в режиме сверхпластичности / В.Г. Баженов, С.Л. Осетров, Д.Л. Осетров // Проблемы прочности и пластичности. -2017. - Т. 79, № 4. - С. 471-483.
- Баженов, В.Г. Анализ закономерностей растяжения упругопластических образцов и образования шейки с учетом краевых эффектов / В.Г. Баженов, С. Л. Осетров, Д.Л. Осетров // Прикладная механика и техническая физика. - 2018. - Т. 59, № 4. - С. 133-140.
- Численно-экспериментальный анализ процессов растяжения-кручения цилиндрических образцов из стали 09Г2С при больших деформациях до разрушения / В.Г. Баженов, Е.В. Нагорных, Д.Л. Осетров, А.А. Рябов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. - 2018. - Т. 160, кн. 3. - С. 495-507.
- Экспериментальное и теоретическое исследование больших деформаций цилиндрических образцов из стали 09Г2С с концентраторами напряжений при нагружении растяжением-кручением до разрушения / В.Г. Баженов, Д.А. Казаков, Е.В. Нагорных, Д.Л. Осетров, А.А. Рябов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2018. - № 4. - С. 69-81. DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.06
- Баженов, В.Г. Трехмерное моделирование больших деформаций пористых металлов и построение их диаграмм деформирования / В.Г. Баженов, М.Н. Жестков // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. - 2020. - № 3 (45). - С. 56-63. DOI: 10.37972/chgpu.2020.58.44.005
- Моделирование поведения упругопластических стержней при растяжении-кручении и построение их диаграмм деформирования до разрыва с учетом вида напряженно-деформированного состояния / В.Г. Баженов, Д.А. Казаков, Е.В. Нагорных, Д.Л. Осетров, А.А. Рябов // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. - 2021. -Т. 501, № 1. - С. 23-28. DOI: 10.31857/S268674002106002X
- Анализ методов построения истинных диаграмм деформирования упругопластических материалов при больших деформациях / В.Г. Баженов, Д.А. Казаков, С.С. Куканов, Д.Л. Осетров, А.А. Рябов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2023. - № 4. - С. 12-22. DOI: 10.15593/perm.mech/2023.4.02
- Ахметзянов, М.Х. Исследование локализации деформаций и напряжений в шейке тонкой полосы методом фотоупругих покрытий / М.Х. Ахметзянов, Г.Н. Албаут, В.Н. Барышников // Физическая мезомеханика. - 2004. - Т. 7, № 1. - C. 347-350.
- Степанова, Л.В. Экспериментальное и конечно-элементное определение коэффициентов многопараметрического асимптотического разложения М. Уильямса у вершины трещины в линейно-упругом изотропном материале. Часть I / Л.В. Степанова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2020. - № 4. - С. 237-249. DOI: 10.15593/perm.mech/2020.4.20
- Степанова, Л.В. Экспериментальное и конечно-элементное определение коэффициентов многопараметрического асимптотического разложения М. Уильямса у вершины трещины в линейно-упругом изотропном материале. Часть II / Л.В. Степанова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2021. - № 1. - С. 72-85. DOI: 10.15593/perm.mech/2021.1.08
- Степанова, Л.В. Применение метода голографической интерферометрии для реконструкции ряда М. Уильямса поля напряжений у вершины трещины / Л.В. Степанова, Д.А. Семенов, Г.С. Анисимов // Вестник Самарского университета. Естественнонаучная серия. - 2023. - Т. 29, № 1. - С. 15-46. DOI: 10.18287/2541-7525-2023-29-1-15-46
- Третьякова, Т.В. Особенности использования программного обеспечения Vic-3D, реализующего метод корреляции цифровых изображений, в приложении к исследованию полей неупругих деформаций / Т.В. Третьякова // Вычислительная механика сплошных сред. - 2014. - Т. 7, № 2. - С. 162-171. DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.2.16
- Закритическое деформирование и разрушение тел с концентраторами в условиях плоского напряженного состояния / В.Э. Вильдеман, Е.В. Ломакин, Т.В. Третьякова, М.П. Третьяков // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. - 2017. - № 5. - С. 22-29.
- Развитие метода корреляции цифровых изображений для изучения процессов деформации и разрушения конструкционных материалов / П.С. Любутин, С.В. Панин, В.В. Титков, А.В. Еремин, Р. Сундер // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2019. - № 1. - С. 87-107. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.08
- The Analysis of Stress Raisers Affecting the GFRP Strength at Quasi-Static and Cyclic Loads by the Theory of Critical Distances, Digital Image Correlation, and Acoustic Emission / D. Lobanov, A. Yankin, M. Mullahmetov, E. Chebotareva, V. Melnikova // Polymers. - 2023. - Vol. 15, no. 2087. DOI: 10.3390/polym15092087
Статья научная
