Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics
Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика
Все статьи: 1111
Контактные задачи о включении в плоском упругом клине
Статья научная
Рассматриваются плоские контактные задачи для изотропного однородного упругого клина, на биссектрисе которого расположено тонкое жесткое включение конечной длины. Внешние грани клина находятся в условиях жесткой или скользящей заделки. Задачи симметричны относительно биссектрисы клина. Включение полностью сцеплено с упругой средой в области контакта. К включению приложена касательная сила, под действием которой оно смещается вдоль биссектрисы на заданную величину. При помощи интегрального преобразования Меллина контактные задачи сводятся к интегральным уравнениям относительно касательных контактных напряжений, из которых предельными переходами можно получить интегральные уравнения соответствующих задач для упругой полосы. Частными случаями также являются задачи об одном или двух включениях в упругой плоскости. Вводится основной безразмерный геометрический параметр, характеризующий относительную удаленность включения от вершины клина. Для решения интегральных уравнений применяются три метода. Первый метод состоит в получении замкнутого решения, основанного на специальной аппроксимации символа ядра. Второй метод, регулярный асимптотический, включает разложение решения по степеням малого параметра и эффективен для включений, относительно удаленных от вершины клина. Третий метод, сингулярный асимптотический, связан с разложением решения на несколько частей и решением интегральных уравнений Винера - Хопфа. Берется вырожденное решение и суперпозиция решений типа погранслоя. Этот метод работает для включений, расположенных относительно близко к вершине клина. При помощи трех методов проводится численный анализ для различных типов граничных условий, значений угла клина, коэффициента Пуассона и основного безразмерного параметра.
Бесплатно
Контурные интегралы в нелинейной механике разрушения при смешанных формах деформирования
Статья научная
Современные знания в области механики разрушения являются ключевыми при решении проблем безопасности и прочности объектов с трещиноподобными повреждениями различной природы происхождения. Нелинейная механика разрушения при анализе напряженно-деформированного состояния в области вершины трещины базируется на одно- и двухпараметрическом подходах. Классические однопараметрические исследования предполагают изучение сингулярных величин, включающих контурный, независящий от пути интегрирования J -интеграл, коэффициент интенсивности напряжений (КИН) и т.д. Значения КИН и J -интеграла являются взаимозависимыми. Большой популярностью пользуются комбинированные методы на основе союза численных, экспериментальных и аналитических расчетов, которые позволяют получить максимально четкое описание параметров механики разрушения. Вычисление J -интеграла в конечно-элементных моделях методом реакций или напряжений является весьма эффективным, но для этого необходимы достаточно точные аналитические представления контурного J -интеграла. Существуют определенные ограничивающие условия при получении подобных формул. В многочисленных научных работах доказано, что J -интеграл в большинстве случаев не зависит от пути интегрирования, но весьма зависим от способов описания параметров напряженно-деформированного состояния, а также их производных, от размерности задачи и от степени удаления контура интегрирования от вершины трещины. В данной работе проведен обзор и приведены авторские исследования контурных интегралов в нелинейной механике разрушения для трех случаев: классическое решение Хатчинсона - Розенгрена - Райса (ХРР), контурные интегралы в градиентной теории пластичности и вычисление J -интеграла для общего случая, когда компоненты напряжений и перемещений являются функциями трех декартовых координат. Выведен обобщенный контурный J -интеграл, используемый для характеристики нелинейного амплитудного множителя.
Бесплатно
Концентрация напряжений в слое тканого композита с закрытыми внутренними технологическими порами
Статья научная
Разработана модель слоя тканого композита с искривленными волокнами и поликристаллической матрицей. При двухосном равнокомпонентном растяжении на основе численного решения краевых задач методом конечных элементов определены коэффициенты концентрации напряжений, вызванные наличием локального технологического дефекта в виде закрытой поры. Установлено, что главными механизмами, инициирующими разрушение поликристаллической матрицы, являются сдвиги.
Бесплатно
Корреляционные функции полей напряжений и деформаций в микронеоднородных средах
Статья научная
Статья посвящена разработке метода вычисления полей микроструктурных напряжений и деформаций в многокомпонентных средахна основе вычисления статистических характеристик локальных полей напряжений и деформаций в компонентах, позволяющих учитывать заданные геометрические и физико-механические свойства компонентов. Исследуются представительные объемы структурно-неоднородных материалов, состоящие из нескольких компонентов. Предполагается, что компоненты являются однородными и изотропными. Для описания внутренней геометрии и оценки пространственного взаимодействия между микроструктурными компонентами используется набор структурных моментных функций различных порядков. Поведение отдельных компонентов микроструктуры при нагружении представительного объема оценивается с помощью статистических характеристик локальных полей напряжений и деформаций. В качестве характеристик процессов деформирования использованы статистические моментные функции полей напряжений и деформаций в компонентах неоднородной среды. Аналитические выражения для статистических моментов и корреляционных функций полей напряжений и деформаций находятся с помощью статистического осреднения интегродифференциальных уравнений, содержащих моментные функции и получаемых на основе решения стохастических краевых задач в упругой и упругопластической постановке. Рассмотрены некоторые частные случаи типичных неоднородных сред со случайной микроструктурой. Построены корреляционные функции напряжений и деформаций для разреженных структур со сферическими и эллипсоидальными полыми включениями в упругом и упругопластическом случае. Проведено исследование и выбор аппроксимирующих зависимостей для полученных корреляционных функций. Полученные численные результаты могут использоваться дляоценки механического поведения микроструктурных компонентов неоднородной среды при нагружении, а также для предсказания момента начала разрушения.
Бесплатно
Коэффициенты переноса для трехкомпонентного деформируемого сплава
Статья научная
Представлены соотношения обобщенных сил, удобные при выводе выражений для потоков тепла и массы в деформируемых средах. Подробный вывод уравнений для потоков дан на примере бинарных и трехкомпонентных систем. На основе термодинамики необратимых процессов и теории Онзагера показано, что число независимых коэффициентов переноса уменьшается при учете симметрии обобщенных дифференциальных уравнений состояния. Даны формулы для всех коэффициентов переноса, связывающие их с независимо определяемыми параметрами: коэффициентами самодиффузии, коэффициентами концентрационного расширения и коэффициентами Соре. Сделаны численные оценки коэффициентов.
Бесплатно
Краевая задача микромеханики неупругого деформирования композитов с анизотропными слоями
Статья научная
В этом исследовании рассматривается граничная микромеханическая задача для неупругой деформации ламинатов с ортотропными слоями, установленными случайным образом. Приведены структурные уравнения для неупругого поведения слоев. Условные уравнения слоистых материалов можно вычислить из решения граничной микромеханической задачи. Это решение сводится к нелинейной системе алгебраических уравнений для колебаний значений слоя.
Бесплатно
Краевая задача несимметричной деформации цилиндрического резервуара с жидкостью в температурном поле
Статья научная
Строится точное решение несимметричной краевой задачи теории упругости для цилиндрического резервуара с жидкостью, находящегося в температурном поле. Термоупругая задача несвязанная, то есть вначале решается уравнение теплопроводности, затем линейная задача теории упругости для кругового цилиндра в перемещениях. Следует отметить, что до настоящего времени точных решений несимметричной задачи теории упругости в цилиндрической системе координат с учетом температурного поля не существовало. Это объясняется сложностью системы разрешающих уравнений - высокий порядок, переменные коэффициенты. Авторам статьи удалось построить интегрируемые комбинации решаемых уравнений вначале без учета, в настоящей работе - с учетом температурных членов. Для этого в систему разрешающих уравнений вместо соотношения, связывающего объемную деформацию с перемещениями точек цилиндра, было введено дополнительное уравнение относительно объемной деформации. С учетом уравнения теплопроводности удалось свести его к уравнению, полученному ранее без учета температурных членов. В результате задача свелась к последовательному решению каждого уравнения в отдельности. Поскольку дополнительное уравнение было получено дифференцированием остальных уравнений, порядок системы разрешающих уравнений увеличился, что привело к появлению в решении «лишних» постоянных интегрирования. Авторами доказано, что использование в качестве дополнительного условия замененного соотношения между объемной деформацией и перемещениями устраняет этот недостаток. Построено точное решение краевой задачи для цилиндрического резервуара с жидкостью при условии линейной зависимости температуры и перемещений цилиндра вдоль его оси. Рассмотрен числовой пример, в котором температура внешней боковой поверхности цилиндра меняется только в окружном направлении.
Бесплатно
Статья научная
Ряд задач теории упругости, теории гетерогенных сред, теории тонких оболочек и пластин сводится к решению краевых задач для систем неоднородных полигармонических уравнений. В работе предложен численный алгоритм решения систем полигармонических уравнений вида в односвязных областях с кусочно-гладким контуром с заданными граничными условиями. Рассмотрены два случая, когда функция является известной полигармонической функцией и когда функция является также искомой полигармонической функцией. Граничные условия могут иметь вид, аналогичный условиям Дирихле, условиям Неймана, а могут иметь смешанный вид, когда на одной части границы заданы условия типа Дирихле, а на другой - условия типа Неймана. На основе многократного применения оператора Лапласа и метода граничных элементов, в основе которого лежит интегральное тождество Грина, заданная система сведена к системе интегральных тождеств. После аппроксимации границы вписанным N -угольником и дискретизации системы интегральных тожеств последняя сведена к системе линейных алгебраических уравнений, которую удобно представить в виде системы матричных уравнений. Существование и единственность решения следует из существования единственного решения системы линейных алгебраических уравнений. Особое внимание уделено приложению построенного алгоритма к решению задач об изгибе тонких пластин, причем изгибающая нагрузка может быть известной функцией, а может быть неизвестной полигармонической функцией произвольного порядка с заданными граничными условиями. Решена задача об изгибе тонкой пластинки эллиптической формы с известной нагрузкой на поверхности, а также задача об изгибе тонкой квадратной пластинки с неизвестной нагрузкой, являющейся решением гармонического уравнения с заданными граничными условиями. Построены линии уровня и приведены формы изогнутых пластинок.
Бесплатно
Краевые задачи термомеханики для цилиндра и сферы из сплава с памятью формы
Статья научная
Приводятся решения связанных краевых задач для толстостенных цилиндра и сферы из сплава с памятью формы (СПФ), материл которых претерпевает прямое термоупругое мартенситное фазовое превращение при охлаждении под действием постоянного внутреннего давления. Рассматриваются медленные процессы охлаждения, при которых распределение температуры по материалу в каждый момент времени можно считать равномерным. Результаты сравниваются с аналитическими решениями таких же задач, ранее полученными в предположении о равномерном распределении по материалу величины объемной доли мартенситной фазы. Моделируется квазистатическое движение по материалу фронтов начала и завершения фазового перехода и связанные с этими движениями перераспределения напряжений и деформаций по сечению. Установлено, что прямое фазовое превращение начинается на внутренней поверхности оболочек. Зона фазового перехода достаточно быстро (по сравнению с ростом параметра фазового состава в точках внутренней поверхности) распространяется вдоль радиальной координаты, выходя на внешнюю поверхность. После этого фазовый переход развивается по всей толщине, причем величина объемной доли мартенситной фазы q является слабо убывающей функцией радиальной координаты (разница значений q на внутренней и внешней поверхностях составляет малую долю максимального значения q, равного 1). Завершение фазового перехода впервые наблюдается на внутренней поверхности, после чего граница завершения фазового перехода быстро перемещается по толщине от внутренней поверхности к внешней. Интенсивность напряжений и кольцевое напряжение в процессе фазового перехода меняются немонотонно и разнонаправленно для внутренней и внешней поверхностей. На внутренней поверхности эти напряжения имеют максимальные значения в точках начала и окончания фазового перехода и минимальные значения в некоторой промежуточной точке. Для внешней поверхности, наоборот, минимальные значения наблюдаются в начале и конце фазового перехода, а максимальное - в промежуточной точке процесса.
Бесплатно
Криволинейные пьезоэлектрические актюаторы изгибного типа с управляемой формой поперечного сечения
Статья научная
Предложен новый принцип функционирования пьезоэлектрического актюатора изгибного типа с использованием эффекта взаимодействия его начальной кривизны и управляемой пьезоэлектрической трансформации формы его поперечного сечения. В результате, изгиб продольной оси криволинейного актюатора возникает не от его непосредственного изгиба (как это реализуется по традиционной схеме типа «биморф»), а опосредованно от управляемого изменения формы изгиба его сечения в поперечной плоскости. Пьезоэлектрические трансформации поперечного сечения осуществляются через «биморф»-изгиб его начально-прямоугольной формы с переходом однослойного сечения к выпуклой «арочной», а двухслойного к двояковыпуклой трубчато-«чечевичной» формам. Такие трансформации поперечного сечения увеличивают осевой момент инерции и, как результат, обуславливают появление в сечениях рассматриваемых криволинейных стержневых PlatCB (Plate Curvilinear Bimorphic) или TubCB (Tubular Curvilinear Bimorphic) актюаторов неуравновешенных изгибающих моментов, действие которых частично распрямляет, т.е. уменьшает значение начальной кривизны продольной оси стержневого актюатора в рабочей продольной плоскости. Разработаны математические модели деформирований PlatCB-, TubCB-актюаторов как взаимодействие двух связанных между собой процессов: «активного» управляемого пьезоэлектрического трансформирования формы поперечного сечения и «реактивного» перехода актюатора к новой равновесной криволинейной форме с целью увеличения его изгибных характеристик – максимальных смещений и блокирующих усилий, производимых актюаторами в рабочей продольной плоскости. Представлены численные результаты и выявлены закономерности влияния на результирующие изгибные характеристики различных структурных параметров: начальной кривизны, ширины и толщины начальных прямоугольных сечений PlatCB-, TubCB-актюаторов. Выявлено, что наиболее существенно улучшаются результирующие изгибные характеристики для TubCB-актюатора с трансформацией его тонкого двухслойного прямоугольного сечения к двояковыпуклой «чечевично»-трубчатой форме.
Бесплатно
Статья научная
Продолжено системное аналитическое исследование математических свойств нелинейной модели сдвигового течения тиксотропных вязкоупругопластичных сред, учитывающей взаимовлияние процесса деформирования и эволюции структуры (кинетики образования и разрушения межмолекулярных связей и ассоциатов макромолекул), предложенной ранее. При произвольных шести материальных параметрах и (возрастающей) материальной функции, управляющих моделью, аналитически изучен фазовый портрет системы двух нелинейных дифференциальных уравнений для безразмерных напряжения и степени структурированности, к которой сведена модель, в окрестности ее единственного положения равновесия, и базовые свойства кривых течения и кривых деформирования с постоянной скоростью сдвига, порождаемых моделью. Тем самым начат анализ способности модели описывать поведение как жидкообразных сред, так и твердообразных (густеющих, твердеющих, затвердевших) вязкоупругопластичных сред: эффекты скоростного и деформационного упрочнения, релаксации, ползучести, восстановления и др. Исследованы характер зависимости кривых деформирования от деформации сдвига (монотонность, выпуклость, мгновенный модуль, эволюция касательного модуля), от скорости сдвига и начальной структурированности и от материальных параметров и функции модели (в частности, параметров, управляющих влиянием структурированности на вязкость и модуль сдвига и влиянием напряжения на скорость разрушения структуры). Доказано, что кривые деформирования могут быть как возрастающими, так и иметь участки убывания, напоминающие «зуб текучести», и затухающие осцилляции, что все кривые деформирования имеют горизонтальные асимптоты (напряжение установившегося течения), монотонно зависящие от скорости сдвига, и напряжение течения строго возрастает с ростом скорости, что их мгновенный модуль сдвига, наоборот, зависит от начальной структурированности, но не зависит от скорости. При определенных ограничениях на материальные параметры модель способна обеспечить и билинейную форму кривых деформирования, свойственную идеальной упругопластичной модели, но со скоростной чувствительностью. Установлено, что семейство кривых деформирования не обязано быть возрастающим ни по начальной структурированности, ни по скорости сдвига: в некотором диапазоне скоростей сдвига, в котором положение равновесия является «зрелым» фокусом и наблюдаются выраженные осцилляции кривых деформирования, возможно переплетение кривых деформирования с разными скоростями сдвига. Исследовано, как меняется структурированность в процессе деформирования в зависимости от материальных параметров и функции модели, скорости сдвига и напряжения. Начальная структурированность влияет лишь на начальный участок кривых деформирования, но не влияет на их асимптоты и на установившуюся величину структурированности, которая монотонно убывает с ростом скорости сдвига. Разнообразие типов поведения структурированности во времени (в частности, обнаруженное резкое обрушение структуры при достижении критических величин напряжения) порождает ряд необычных эффектов (непривычных свойств) по сравнению с типичными кривыми деформирования структурно стабильных материалов.
Бесплатно
Критическая динамика локализованных неустойчивостей пластического течения в сплаве АМГ6
Статья научная
Исследована критическая динамика пространственно-временных флуктуаций напряжения пластического течения (эффект Портевена-Ле Шателье) алюминиевого сплава АМг6 в условиях осадки наклонных цилиндрических образцов со скоростью деформации 0,4-1,7·10-1 с, такая форма образцов позволяет достичь больших деформаций (до 80 %) без разрушения. Показано, что пластическое течение исследованного сплава обнаруживает многомасштабные признаки локализации пластической деформации на всём протяжении кривой пластического течения. Установлено наличие двух значений «критических» деформаций, соответствующих диапазону стохастической динамики, характерной для поведения неравновесных критических систем - степенной расходимости времен следования флуктуаций в окрестности критических деформаций. Первая критическая точка определяется значением деформации, соответствующим формированию множественных областей локализованной пластичности с признаками автосолитонной динамики, обнаруживающих коррелированное поведение на макроскопическом размере образца. Переход через вторую критическую точку связан с качественным изменением типа коллективных мод в ансамблях дефектов: переходом от автосолитонных мод, инициирующих локализацию пластического течения, к коллективным модам «обострения», формирующим очаги макроскопического разрушения. Исследовано развитие локализации пластического течения методами структурного анализа морфологии поверхностного рельефа с использованием оптического интерферометра-профилометра NewView-5010 для последующего вычисления масштабного инварианта (показателя Хёрста) и пространственного масштаба области, на которой наблюдается коррелированное поведение микросдвигов. Обосновано предположение, что развитие неустойчивости пластического течения и замкнутого турбулентного течения жидкостей между двумя вращающимися дисками в опыте Кармана при больших числах Рейнольдса соответствует механизмам переноса импульса в конденсированных средах, подчиняющихся одному «классу универсальности».
Бесплатно
Лестничные модели и деформационная теория пластичности
Статья научная
Отмечено, что лестничные модели континуума дают конститутивные отношения с уравнениями с частными производными. Последствия общего решения анализируются при активной двухосной нагрузке для конкретного варианта теории. Отмечено, что полученные результаты совпадают с решениями в рамках деформационной теории пластичности с линейным упрочнением. Однако подтверждается, что исследуемый вариант теории может адекватно описывать поведение материала при сложном непропорциональном циклическом нагружении с интенсивно-разгрузочными нагрузками и нейтральной нагрузкой.
Бесплатно
Статья научная
Для сверхпластического потока предлагается новое феноменологическое конститутивное уравнение, содержащее параметр глубины памяти. Глубина памяти - это явная внутренняя переменная, которая может быть определена микроструктурными параметрами и существенно зависит от предыдущих действий нагрузки, которые определяются микроструктурой материала. Утверждение квазистатической задачи об устойчивости одноосного натяжения плоского прямоугольного образца в случае средней реологии с частичной памятью сформулировано для подтверждения нового конститутивного уравнения с точки зрения их применимости для описания режима сверхпластической деформации. Выполнен геометрический нелинейный анализ, получены критерии нестабильности.
Бесплатно
Локализация пластической деформации в ГЦК-сплавах при электролитическом насыщении водородом
Статья научная
На ГЦК-монокристаллах аустенитной стали Fe-18Cr-12Ni-2Mo, ориентированных вдоль направления [ 111 ], с низкой энергией дефекта упаковки проведены исследования картин локализации пластического течения при электролитическом насыщении водородом в трехэлектродной электрохимической ячейке при постоянном контролируемом катодном потенциале. На кривой пластического течения при растяжении монокристаллов в исходном состоянии (без водорода) после переходного участка от упругости к развитому пластическому течению наблюдается стадия линейного деформационного упрочнения и стадия параболического (тейлоровского) деформационного упрочнения. На кривой пластического течения монокристаллов аустенитной стали, насыщенных водородом, наблюдаются небольшой зуб и площадка текучести, стадия линейного деформационного упрочнения, стадия параболического деформационного упрочнения и стадия предразрушения. Насыщение водородом [ 111 ] монокристаллов привело к уменьшению предела текучести, увеличению пластичности до разрушения в 1,3 раза и подавлению образования шейки в кристаллах, ориентированных для множественного скольжения. С помощью метода двухэкспозиционной спекл-фотографии определены основные типы и параметры локализации пластического течения на разных стадиях деформационного упрочнения монокристаллов в исходном состоянии без водорода и после насыщения водородом. Установлено, что наводороживание образцов усиливает локализацию деформации, приводит к значительным перестройкам в масштабах характерных расстояний между полосами пластических сдвигов и зон локализованной деформации.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы процессы локальных повреждений в эндопротезе тазобедренного сустава (ТБС), изготовленного из однонаправленного углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ) с пиролитической углеродной (ПУ) матрицей. Разработана математическая модель деформирования эндопротеза из УУКМ с учетом процессов локальных повреждений. Эти повреждения возможны при перегрузках, которые могут быть вызваны случайными обстоятельствами при передвижении человека. Разработанная модель является синтезом алгоритмической модели, учитывающей неоднородность пироуглеродной матрицы и композита, и инженерной расчетной модели биомеханической системы «эндопротез - бедренная кость». Матричный алгоритм решает стохастическую краевую задачу по нахождению мезонапряжений в зернах ПУ с учетом возможных повреждений. Результатом работы этого алгоритма являются плотности распределения вероятностей для мезонапряжений в кристаллитах ПУ и свойства повреждающейся матрицы. Результатами вычислений по инженерной модели являются поля макродеформаций и макронапряжений. На каждом шаге нагружения эндопротеза отслеживается состояние матрицы и изменяются эффективные модули углеродного композита. Это осуществляется непрерывным обменом данными между двумя алгоритмами, перевычислением свойств композита, являющимися входными данными для инженерной модели. Непрерывное изменение эффективных свойств УУКМ при деформировании заменено ступенчатым изменением. Для этого объем эндопротеза был разбит на области, в которых свойства становились переменными, начиная с некоторого шага нагружения. Области изменения определялись на основе картин распределения полей макродеформаций. Построена нелинейная диаграмма нагружения эндопротеза с учетом повреждений. Показано, что разрушение углеродной части протеза начинается с локальных повреждений, которые постепенно захватывают соседние области. Повреждения появляются при нагрузке выше 1740 ньютонов. Максимальная силовая реакция протеза на внешнюю нагрузку равна 2004 ньютона. Деформация протеза на стадии критического снижения несущей способности на 16 % превосходит деформацию при штатной нагрузке. Подтверждена высокая надежность рассмотренного варианта эндопротеза, отсутствие катастрофических резких снижений несущей способности при значительном превышении штатных нагрузок.
Бесплатно
Статья научная
Разработана электромеханическая математическая модель нахождения локации одиночного силового воздействия - вдавливания жесткой шаровой частицы в сенсорную поверхность индикаторного пьезоэлектрического MDS-покрытия со встроенной двойной спиралью электродов. Рассмотрено формирование информативных электрических импульсов напряжения на дугах электродов двойной спирали в круговой зоне возмущения индикаторного покрытия как результата деформирования пьезоэлектрика между электродами при вдавливании жесткой шаровой частицы. Форма и длительность информативных электрических импульсов напряжения как функций от времени найдены по решению соответствующего дифференциального уравнения с учетом пьезоэлектрических и геометрических характеристик, величины, неравномерности, длительности и удаленности от эпицентра действующего на каждую из «пьезоячеек» - дуг возмущения сенсорной спирали «электрод/пьезоэлектрик/электрод» внутри круговой зоны возмущения индикаторного покрытия. Число генерируемых и регистрируемых импульсов пропорционально отношению радиуса зоны возмущения и шага сенсорной спирали индикаторного покрытия; при этом величина радиуса зоны возмущения пропорциональна диагностируемой силе . Получено простое и удобное для практического применения аналитическое решение локации - нахождения полярных координат эпицентра силового воздействия, при этом точность локации улучшается при увеличении числа витков спирали, т.е. при уменьшении шага сенсорной спирали относительно радиуса зоны возмущения.
Бесплатно
Магнитоактивный полимер с магнитотвердым наполнителем
Статья научная
Магнитоактивный эластомер – новый тип магнитоуправляемых материалов, свойства которых обратимо изменяются под действием магнитного поля. Данный материал относится к классу Smart materials. Одним из свойств материала является магнитореологический эффект, т.е зависимость вязкоупругих свойств от магнитного поля. На самом деле материал обладает большим набором разных свойств. Подробное исследование материала выявило в нем наличие совокупности свойств: магнитореологический эффект, магнитодеформационный эффект, магнитострикционный эффект, эффект памяти формы (эффект псевдопластичности), магниторезистивный эффект, магнитопьезорезистивный эффект. Такие параметры, как диэлектрическая проницаемость и магнитная восприимчивость, также изменяются под действием магнитного поля. Многообразные свойства материала определяются процессами диполь-дипольного взаимодействия между намагниченными частицами магнитного наполнителя, а также процессами обратимого перемещения (структурирования) или вращения анизотропных частиц наполнителя внутри полимерной матрицы. Области применения материала – эффективные пассивные и активные управляемые демпфирующие устройства, датчики магнитного поля, ускорения, давления, деформации, а также биологии – клеточных технологий.
Бесплатно
Малоцикловая усталость образцов бронзового сплава с кольцевой выточкой
Статья научная
Приводятся результаты экспериментов по циклическому нагружению образцов с кольцевой V-образной выточкой и их математического моделирования. Испытания проведены на образцах сплава БрХ08-Ш при циклическом изменении растягивающей нагрузки от 0 до заданного значения. При таком нагружении материал в области выточки подвергается циклическому упругопластическому деформированию, что приводит к разрушению вследствие малоцикловой усталости. При проведении испытаний образцов методом корреляции цифровых изображений проведен замер деформации материала на поверхности выточки, что позволило определить характер изменения её размаха от цикла к циклу. Математическое моделирование экспериментов проведено по методу конечных элементов. Для этого в программный комплекс SIMULIA Abaqus внедрены модели пластического деформирования и накопления повреждений материала. Модель пластичности основана на теории течения при комбинированном упрочнении. Модель накопления повреждений основана на энергетическом критерии усталости. В статье приведены основные уравнения используемых для расчета моделей. Параметры материала определены и верифицированы по результатам базового эксперимента по циклическому растяжению-сжатию гладкого цилиндрического образца при несимметричном жестком нагружении. По результатам расчета построены картограммы напряжений, деформаций и накопленных повреждений. Показано, что при разгрузке образца в области концентрации напряжений, близкой к кольцевой выточке, возникают сжимающие напряжения, значения которых близки к значениям растягивающих напряжений в момент приложения максимальной нагрузки. Результаты математического моделирования сопоставлены с экспериментом. Сравнение результатов проведено по размаху осевой деформации материала на поверхности выточки и количеству циклов до разрушения.
Бесплатно
Статья научная
В работе описано исследование роли коллективного поведения ансамблей дефектов в предварительно нагруженных образцах из двух сплавов алюминия Al-Cu и Al-Mg, подверженных усталостным испытаниям, соответствующим базовому сроку службы (приблизительно 2∙105 циклов). После деформирования рельеф поверхности снимался с помощью интерферометра-профилометра New-View с целью изучения масштабно-инвариантных закономерностей эволюции структуры, обусловленной дефектами.
Бесплатно
