Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics
Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика
Все статьи: 1052
Моделирование процесса возникновения тяжей в эластомерных композитах
Статья научная
Наполнение каучуков активными наполнителями существенно улучшает их прочностные и деформационные свойства. Одно из возможных объяснений этого явления представлено в данной статье. В основе его лежит известный факт, что при больших деформациях наполненного эластомера связующее в зазорах между близко расположенными частицами наполнителя находится в напряженно-деформированном состоянии, близком к одноосному растяжению. При этом большая часть полимерных цепей оказывается ориентированной вдоль оси, связывающей центры включений. В работе высказано предположение, что прочность матрицы в таком состоянии (за счет ориентации) должна быть более высокой по сравнению с другими возможными состояниями с той же самой интенсивностью деформаций. Для учета этого эффекта был разработан соответствующий прочностной критерий. В работе представлены результаты компьютерного моделирования особенностей разрушения эластомерного связующего около двух абсолютно твердых сферических включений. Для описания свойств эластомерной матрицы использована модель несжимаемого гиперупругого материала, свойства которого заданы неогуковым потенциалом. В рамках компьютерных экспериментов показано, что при деформировании такой системы разрывы связующего должны появляться не в зазоре между частицами наполнителя, а на некотором от него удалении. Упругая связь между включениями сохранится. Между частицами образуется полимерный тяж (полимерное волокно), способный выдерживать более высокие растягивающие нагрузки. Известно, что около частиц наполнителя могут формироваться слои с другими физико-механическими свойствами. Для оценки возможного влияния таких слоев получены решения задач, в которых матрица в зазорах между частицами наполнителя имеет более высокий модуль. Установлено, что этот фактор практически не сказывается на процессе возникновения и формирования тяжей.
Бесплатно
Моделирование процесса горячего изостатического прессования
Статья научная
На примере изготовления компактов из порошка ВЖ159ИД и Inconel alloy 718 рассматривается моделирование уплотнения дисперсного тела в условиях цикла горячего изостатического прессования (ГИП). Для проведения исследований использовали порошок ВЖ159ИД фракции -70+25 мкм, насыпной плотностью 3,77 г/см3 (4,83 г/см3 после утряски), текучестью 2,3 г/с, удельной поверхностью 446 см2/г и средним размером частиц по Фишеру 16 мкм, а также порошок Inconel alloy 718 фракции -315+25 мкм, насыпной плотностью 3,84-4,58 г/см3 (4,52-5,24 г/см3 после утряски), текучестью 1,58-1,90 г/с, удельной поверхностью 330-376 см2/г и средним размером частиц по Фишеру 19,0-19,5 мкм. Перед циклом ГИП засыпки из порошков проходили термическую дегазацию в вакууме, так как порошки с такой высокой удельной поверхностью склонны к быстрому сорбированию газов. Газы на поверхности порошкового тела в результате цикла ГИП могут образовывать неметаллические включения, снижающие свойства компакта. В микроструктуре компактов после ГИП не обнаруживается сетки остаточных границ от гранул (PPBs - Prior Particle Boundaries), что свидетельствует об эффективной технологии вакуумной дегазации порошка. Моделирование процесса уплотнения проводили по модернизированному уравнению Е. Рышкевича, подобраны константы b для рассмотренных материалов. В качестве исходных данных для моделирования использовались результаты экспериментов по прерыванию цикла ГИП и данные о прочности образцов при высокой температуре, полученные селективным лазерным спеканием. Предложенный метод моделирования достаточно прост (не требует проведения экспериментов по прерванному циклу ГИП) за счет показанной возможности экспериментального определения прочностных характеристик сплавов при повышенных температурах на образцах, полученных селективным лазерным спеканием. Анализ полученных микроструктур (оценка пористости) образцов после ГИП, имеющих различные значения плотности, показывает хорошее совпадение предложенной модели с реальным процессом уплотнения в газостате.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается процесс двухстороннего прессования порошкообразного губчатого титана в пресс-форме с плавающей матрицей. В качестве материала для исследования выбран порошкообразный отсев губчатого титана марки ТГ-100 по ГОСТ 17746-96 фракцией -3+1 мм. Для реализации процесса двухстороннего прессования предложена новая конструкция пресс-формы. Одновременное движение верхнего и нижнего пуансонов относительно разъемной матрицы достигается путем размещения матрицы между двух полиуретановых пружин. Пресс-форма обеспечивает эффективное прессование за счет реализации синхронного без колебаний перемещения нижнего и верхнего пуансонов относительно разъёмной матрицы, а также равномерное разгружение прессовки со всех сторон, что исключает появление трещин расслоения. Численное моделирование процесса выполнено с использованием конечно-элементного анализа. При моделировании предполагали, что элементы пресс-формы обладают свойствами абсолютно жесткого тела. Материал порошкового материала рассматривается как сплошная сжимаемая упругопластическая среда с изначально изотропными свойствами. Условие пластического течения порошкообразного материала описано модифицированной моделью текучести Друкера-Прагера. Скорость пластической деформации пропорциональна напряжению в текущий момент, напряженное состояние определяет мгновенные приращения компонент пластической деформации. Выполняется закон ассоциированного пластического течения. В качестве модели материала (полиуретан СКУ-7Л) пружинных элементов использована модель гиперупругой среды Муни-Ривлина. В результате моделирования получено расчетное распределение плотности в сечении уплотняемой порошковой заготовки при разном давлении прессования. Построены графики зависимости средней относительной плотности порошковых заготовок от давления прессования. Для брикетов, полученных при различном давлении прессования (100 и 500 МПа), выполнили металлографическое исследование микроструктуры поверхности продольных сечений образцов. Исследовано изменение формы и размеров пор в нижней и верхней частях брикетов. Для оценки микромеханических свойств полученных заготовок осуществлено кинетическое микроиндентирование поверхности шлифов продольных осевых сечений, что позволило определить значения микротвердости, характеристику ползучести и приведенный модуль упругости. Показано, что предлагаемая конструкция пресс-формы позволяет получать заготовки, обладающие более равномерным распределением плотности в сравнении с изготовленными путем одностороннего прессования.
Бесплатно
Моделирование процесса деформирования керамики в режиме сверхпластичности
Статья научная
становленные в настоящее время конструктивные отношения могут быть использованы для описания гиперпластической деформации для широкого круга материалов с большой точностью. Однако для некоторых материалов и процессов обработки достаточно других механизмов деформации. Поэтому мы могли заметить, что проблема конститутивных отношений очень актуальна для современных материалов с нетрадиционными свойствами. Материалы с эффектом памяти формы можно рассматривать как пример этого класса материалов. Экспериментальные исследования показывают следующие особенности: эффекты памяти формы вызваны пластической деформацией из-за мартенситных превращений, пластическая деформация, вызванная трансформацией кристаллической решетки, зависит от условий температуры и нагрузки. Такой механизм неэллиптической деформации справедлив для частично стабилизированного на основе циркония керамика (ZrO2). Этот факт позволяет применять частично стабилизированные керамические материалы при проектировании из-за достаточной стабильности трещин. Было предложено большое количество математических моделей деформационных процессов для таких материалов. Однако общим ограничением упомянутых моделей является тот факт, что они вряд ли могут быть применены к решению краевых задач механики сплошных сред.
Бесплатно
Статья научная
Закритическое деформирование материала - это процесс, характеризующийся снижением напряжений при растущих деформациях в результате накопления структурных повреждений. Конструкция становится неспособной выдерживать внешние воздействия только в том случае, когда зоны разупрочнения достаточно развиты. Развитие зон закритического деформирования материала может происходить при увеличении внешней нагрузки, прикладываемой к конструкции. Из этого следует, что учет разупрочнения материала при деформировании позволяет более точно определить прочностные и деформационные резервы конструкций. В работе приведена математическая постановка краевой задачи механики закритического деформирования. Перечислены особенности экспериментального изучения закритической стадии деформирования материала. Получены диаграммы деформирования различных сталей с протяженным участком разупрочнения, а также численные решения для задач деформирования тонкой пластины с концентраторами напряжений различной геометрии при кинематическом нагружении. Рассмотрены двухзвенная и трехзвенная аппроксимации диаграммы деформирования материала, а также реальные диаграммы деформирования стали 20 и стали 40Х, полученные экспериментально. Проанализирована эволюция зон закритического деформирования в материале. Определено соответствие между значением модуля спада и характером эволюции зон разупрочнения. Построена эпюра напряжений, отражающая, каким образом реализуется полная диаграмма деформирования материала вблизи концентратора. Построены расчетные диаграммы нагружения. Отмечено, что даже после появления зон разупрочнения возможен рост внешней нагрузки. Определены прочностные и деформационные ресурсы конструкций, рассмотрено влияние геометрии концентратора напряжений на их значения. Отмечено, что учет разупрочнения при моделировании поведения конструкций с концентраторами напряжений является целесообразным.
Бесплатно
Моделирование процесса деформирования подводного газопровода под действием взрывной нагрузки
Статья научная
Моделируется процесс деформирования подводного двухслойного газопровода при взрыве близко расположенного заряда октогена. Для моделирования применяется специально разработанный авторский пакет программ для решения трехмерных динамических задач взаимодействия упругопластических конструкций со сжимаемыми средами, основанный на единой схеме Годунова повышенной точности для расчета совместного движения как газовых, жидкостных, так и упругопластических сред. В пакете применен эйлерово-лагранжев подход с явным выделением подвижных контактных поверхностей между различными средами. Используются три типа расчетных сеток для каждой из сред. Это лагранжевые поверхностные сетки в виде непрерывного набора треугольников для задания начальной геометрии тел и для их сопровождения в процессе расчета и два вида автоматически генерируемых в процессе расчета объемных трехмерных сеток. Инициация заряда, имеющего сферическую форму, производится в его центре. Для описания процесса распространения установившейся детонации применяется гидродинамическая теория детонации. Сформированные при взрыве в окружающей жидкости ударные волны взаимодействуют с фрагментом двухслойного трубопровода и жестким дном. Анализируются волновые процессы как в стальной трубе, так и в утяжеляющей ее бетонной оболочке. Оцениваются нагрузки на трубопровод в зависимости от расстояния до заряда. Показано возможное разрушение как стальной, так и бетонной утяжеляющей оболочки в областях растягивающих деформаций, формирующихся в местах максимального изгиба трубопровода. Показано, что близость дна может существенно усилить воздействие взрывного нагружения за счет действия отраженных от дна ударных волн.
Бесплатно
Моделирование процесса зернограничного проскальзывания при сверхпластичности
Статья научная
Предложена модель распространения сдвигов границ зерен при сверхпластичности в поликристалле. Сверхпластичность рассматривается как процесс деформации материала с аморфными границами зерен и низкой устойчивостью к ползучести зерен, ln-зерно дислокационное скольжение и диффузионный поток наблюдаются как механизмы размещения. Распространение локальных сдвигов вдоль границ отождествляется с движением цепи элементов вдоль шероховатой поверхности. Результат численного эксперимента позволяет предположить, что деформации поликристаллов являются волнами.
Бесплатно
Моделирование процесса разделения композита с адгезионным слоем
Статья научная
Рассматривается модель деформирования композиционного материала с тонким адгезионным слоем. Напряженное состояние слоя предлагается рассматривать на основе связи средних по толщине слоя напряжений и напряжений по границам слоя. Средние деформации слоя выражаются через его граничные перемещения. Использование средних напряжений и деформаций позволяет избежать зависимости напряженно-деформированного состояния слоя от формы его торцевых поверхностей. В рамках малых деформаций получено вариационное условие равновесия тел, соединенных посредством адгезионного слоя. Задача рассматривается в рамках линейной теории упругости. Для сопрягаемых тел законом Гука непосредственно связываются поля деформаций и напряжений. В результате связанная система вариационных уравнений сводится к уравнениям относительно полей перемещений в сопрягаемых телах, в том числе и на границах контакта со слоем. В качестве параметра система вариационных уравнений в перемещениях содержит толщину адгезионного слоя. Существенно, что данная система уравнений не является дискретной, так как поля перемещений полагаются непрерывными. Для получения приближенного решения можно использовать различные аппроксимации перемещений. В частности, применялся метод конечного элемента с квадратичной аппроксимацией полей перемещений для случая плоской деформации. Исследовалось влияние характерного размера конечного элемента на сходимость решения. Установлено, что если отношение грани конечного элемента к толщине слоя равно четырем и более, то имеет место численная сходимость. В силу отсутствия сингулярности напряжений в точках сопряжения адгезионного слоя с телами предлагаемый подход позволяет использовать известные локальные критерии разрушения. Проведен анализ возможных видов разрушения композита как за счет разрушения материала слоя, так и посредством разрыва связей между слоем и смежными материалами.
Бесплатно
Статья научная
Разработан оригинальный алгоритм «выращивания» кристаллов в клеточном автомате, обладающий преимуществами по сравнению с аналогичными разработками. Проведены его обоснование, исследование и реализация. Произведены расчеты программным модулем, реализующим разработанный алгоритм. Построены объекты различных форм и микроструктура с использованием результатов решения задач теплопроводности и диффузии, а также заданных вероятности зарождения и скорости роста границ кристаллов. Показано влияние параметров модели на точность получаемой микроструктуры.
Бесплатно
Статья научная
Чистый титан существенно превосходит используемые в медицине сплавы по биосовместимости, но имеет низкие прочностные свойства, что препятствует его широкому применению для изготовления имплантатов. Обеспечение необходимого уровня прочностных характеристик требует применения методов интенсивного пластического деформирования (ИПД), поскольку традиционные методы обработки металлов не позволяют получить нужный комплекс свойств. Выполнено проектирование геометрической модели имплантата типа спейсера для позвоночника и поковки для ее изготовления. Форма поковки позволяет применить в процессе штамповки технологические схемы ИПД, что устраняет необходимость предварительной подготовки материала заготовки перед штамповкой. В результате анализа геометрии детали «U-имплантат» предложена последовательность технологических переходов штамповки с применением схем деформирования, соответствующих схемам ИПД в условиях плоского деформированного состояния: осадка заготовки плоским пуансоном, три операции штамповки поковки имплантата, что устраняет предварительную подготовку микроструктуры заготовки перед штамповкой. Анализ вариантов реализации переходов технологического процесса пластического деформирования с использованием моделирования в CAE-системе позволил определить последовательность этапов деформирования и геометрию инструмента, обеспечивающего требуемое течение металла. Накопленные степени деформации в процессе штамповки заготовки составляют 3,3-7, что обеспечивает необходимое изменение структуры поковки и прочностные характеристики (при температуре штамповки 400 °С). Максимальное значение удельного усилия при расчетах переходов штамповки не превышало 160 МПа за счет выбора технологических переходов с заполнением полости штампа осадкой, что обеспечивает стойкость инструмента.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается методика получения цифрового паспорта материала и разработки цифрового двойника изделия на различных этапах его изготовления. Объектом исследования является коническая сетчатая структура. Предмет исследования - процессы, происходящие в изделии на этапах изготовления. В работе были рассмотрены следующие основные этапы создания сетчатой конструкции: 3D-печать заготовки оснастки изделия, выкладка углеродного однонаправленного материала, нагрев и пропитка преформы связующим, полимеризация связующего и коробление геометрии изделия. Описан алгоритм определения свойств материалов и их калибровки с использованием современных программно-аппаратных средств и универсальных оснасток. Моделирование процесса 3D-печати оснастки производилось в программном комплексе Ansys. Поэтапное технологическое моделирование процесса трансферного формования производилось в программном комплексе ESI PAM-COMPOSITE. Результатом моделирования являются технологические параметры изготовления и геометрия формообразующей оснастки с упреждением на коробление.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача о нормальном ударе и проникании жестких пространственных тел в полупространство, занимаемое упругопластической средой. Для среды проникания принимается модель линейно сжимаемой упругопластической среды при линейной зависимости предела текучести от давления (условие пластичности Мизеса-Шлейхера-Боткина). Решение задачи осуществляется численно в трехмерной постановке с применением пакета программ LS-Dyna. Упругопластическая среда проникания рассматривается на неподвижной эйлеровой сетке с выделением пустых ячеек, в которые материал перетекает в процессе деформирования. Ударники моделируются жестким недеформируемым телом в лагранжевой системе координат. Для сравнения, параметры процесса проникания - силы сопротивления внедрению и глубины проникания ударников получены также в рамках модели локального взаимодействия на основе аналитического решения задачи о расширении сферической полости. Ранее на основе данных обращенных экспериментов и численных расчетов в осесимметричной постановке показана применимость модели локального взаимодействия к определению силовых и кинематических характеристик острых конических тел. Проверка применимости модели для описания движения пространственных тел в полной трехмерной постановке ранее не проводилась. Исследуемые тела - круговой конус, трех- и четырехгранные пирамиды, тело с звездообразным поперечным сечением - обладают одинаковой площадью основания, нормаль к боковой поверхности тел составляет с направлением движения постоянный угол 60 градусов. Особенностью построения формы рассматриваемых пространственных тел является тот факт, что в рамках модели локального взаимодействия эти тела должны обладать одинаковым сопротивлением внедрению, совпадающим с сопротивлением внедрению кругового конуса. Все эти тела имеют высоту меньше высоты конуса. Приводятся результаты трехмерных численных расчетов проникания тел по нормали в упругопластическую среду с дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями, демонстрирующие увеличение сопротивления внедрению, пропорциональное уменьшению высоты тела. Для рассмотренных тел одинаковой высоты изменения в форме поперечного сечения не приводят к существенным отличиям в силе сопротивления и глубине проникания.
Бесплатно
Моделирование процессов на внутренних поверхностях наполненного эластомера
Статья научная
Термодинамические законы смеси используются для получения граничных условий на внутренних поверхностях (интерфейсах) композитного материала в виде частиц. Изучено составное тело, состоящее из нескольких наполнителей в виде частиц и эластомерного связующего. В предлагаемой модели учитывается диффузия жидких и газовых компонентов, растворенных в препятствии, существование вакуолов вблизи включений и микроразрушений в затруднении.
Бесплатно
Моделирование процессов ползучести монокристаллических сплавов с учетом рафтинга
Статья научная
Исследования посвящены разработке и верификации двухуровневой микромеханически мотивированной модели вязкоупругого деформирования двухфазных монокристаллических сплавов на никелевой основе, предсказывающей их поведение при высокотемпературных механических воздействиях с учетом наличия и эволюции микроструктуры. Применение модели актуально при выполнении уточненных расчетов напряженно-деформированного состояния охлаждаемых монокристаллических лопаток газотурбинных двигателей и установок. Формулировка определяющих уравнений для каждой из фаз учитывает анизотропию упругих и вязких свойств, наличие октаэдрических систем скольжения, особенности кубической сингонии, наличие вязких свойств как ниже, так и выше предела текучести. Идентификация параметров моделей для γ- и γ'-фаз производилась на основе известных кривых ползучести для каждой фазы. Эффективные свойства монокристаллического сплава с учетом наличия γ- и γ'-фаз определялись как на основе конечно-элементной гомогенизации для представительного объема, так и с использованием простейших реологических (структурных) моделей материала, рассматривающих последовательное и параллельное соединение фаз. На основе многовариантных вычислительных экспериментов и аналитических оценок определены зависимости вязкоупругих свойств монокристаллических сплавов на никелевой основе от объемной доли γ'-фазы. Предложены феноменологические модели ползучести, учитывающие изменение объемной доли и морфологию γ'-включений. Результаты моделирования с использованием предложенной двухуровневой микроструктурной модели материала демонстрируют хорошее соответствие с экспериментальными данными для монокристаллического жаропрочного сплава ЖС32.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается математическое моделирование процессов упругопластического деформирования материала сталь 45 в векторном пространстве А.А. Ильюшина по многозвенным неаналитическим траекториям вида плоских многозвенных ломаных траекторий, состоящем из четырех прямолинейных кусочно-ломаных участков при его одновременном растяжении либо сжатии с кручением. При моделировании использовалась математическая модель теории процессов для плоских траекторий с уточненными аппроксимациями функционалов процесса, содержащая все необходимые параметры сложного нагружения для плоских траекторий. Основные уравнения математической модели приведены к задаче Коши, для численного решения которых и получения расчетных результатов использовался метод Рунге-Кутты четвертого порядка точности. Приведена методика определения материальных параметров аппроксимаций в выражениях функционалов на основе обработки экспериментальных данных по базовым траекториям типа «смещенного веера» двузвенных траекторий. Экспериментальные исследования проведены на автоматизированном испытательном комплексе СН-ЭВМ в лаборатории механических испытаний Тверского государственного технического университета. В качестве образцов для экспериментальных исследований были использованы тонкостенные цилиндрические оболочки из стали 45 в состоянии поставки. Численные теоретические расчеты сравниваются с экспериментальными данными для оценки достоверности математической модели теории процессов при сложном нагружении для данного класса траекторий деформирования. Предлагаемая математическая модель теории процессов дала результаты, хорошо соответствующие данным эксперимента, как по скалярным, так и векторным свойствам материала. Это подтверждает достаточную для практических задач достоверность расчетных данных и точность построенных аппроксимаций функционалов процессов используемой математической модели теории процессов.
Бесплатно
Моделирование процессов упругопластического деформирования монокристаллических сплавов
Статья научная
Разработана и верифицирована микромеханически мотивированная модель упругопластического деформирования двухфазных монокристаллических сплавов на никелевой основе, предсказывающая их поведение при высокотемпературных механических воздействиях с учетом наличия γ- и γ'-фаз. Использование модели актуально при выполнении уточненных расчетов напряженно-деформированного состояния охлаждаемых монокристаллических лопаток газотурбинных установок. Формулировка определяющих уравнений для каждой из фаз учитывала анизотропию упругих и пластических свойств, наличие октаэдрических систем скольжения, особенности кубической сингонии, различные механизмы упрочнения, включающие кинематическое, изотропное и латентное. Идентификация упругих и пластических констант материала для γ- и γ'-фаз производилась на основе известных диаграмм деформирования для каждой фазы. Определение эффективных свойств и диаграмм деформирования монокристаллического сплава с учетом наличия γ- и γ'-фаз производилось как на основе конечно-элементной гомогенизации для элементарного представительного объема, так и с использованием простейших реологических (структурных) моделей материала, рассматривающих последовательное и параллельное соединение фаз. Путем многовариантных вычислительных экспериментов и аналитических оценок определены зависимости упругопластических свойств двухфазных монокристаллических сплавов на никелевой основе от объемной доли γ'-фазы. В целях определения оптимальной стратегии решения рассматриваемого класса задач проведены многовариантные вычислительные эксперименты для различных видов граничных условий задачи гомогенизации, числа ячеек периодичности, форм включения γ'-фазы, объемных долей γ'-фазы, видов упрочнения, вариантов реологических моделей и даны соответствующие рекомендации. Результаты моделирования с использованием предложенной двухуровневой микроструктурной модели материала демонстрируют хорошее соответствие с экспериментальными данными для монокристаллического жаропрочного сплава CMSX-4.
Бесплатно
Моделирование процессов формирования атомарной структуры сверхпроводящего спинового вентиля
Статья научная
В работе рассматривается моделирование процессов формирования многослойного нанокомпозита, при комбинации элементов которого возникает эффект спинового вентиля. Описана актуальность и важность эффектов в области спинтроники и связанных с ними материалов и устройств. Объектом исследований являются состав и атомарная структура отдельных слоев многослойного нанокомпозита, а также состав и морфология интерфейса слоев нанокомпозита. В качестве образца анализировался образец с периодической структурой сверхпроводник - ферромагнетик, состоящей более чем из 20 чередующихся слоев ниобия и кобальта. Процесс осаждения происходил в условиях глубокого вакуума. Моделирование осуществлялось методом молекулярной динамики с использованием потенциала модифицированного метода погруженного атома. Формирование слоев производилось в стационарном режиме. Температура корректировалась при помощи термостата Нозе - Гувера. Осаждение каждой нанопленки завершалось этапом релаксации для необходимой стабилизации и перестройки структуры формируемого нанокомпозита. Рассматривалось три температурных режима осаждения: 300, 500 и 800 К. Для данных режимов выполнен анализ атомарной структуры нанопленок и переходных областей (интерфейса), образующихся между слоями. Исследование атомарной структуры нанопленок показало, что ниобий формируется кристаллическими областями различной ориентации. Для нанопленок кобальта характерно строение, близкое к аморфному. Структурные особенности интерфейса слоев сверхпроводник - ферромагнетик в значительной степени зависят от рельефа поверхности, на которую осуществляется осаждение. Наименьшую вариацию по атомарному составу имеет первая зона контакта ниобий - кобальт, так как формирование первой нанопленки происходит на ровной плоскости подложки. Анализ влияния температурного режима при формировании наносистемы свидетельствует о зависимости процессов формирования многослойных нанопленок, интерфейса нанослоев, а также состава и морфологии гетероструктур от температуры, при которой происходит изготовление нанокомпозита. Повышенная температура приводит к формированию более разреженной структуры нанослоев и увеличению зон интерфейса нанослоев за счет диффузии атомов напыляемых материалов.
Бесплатно
Моделирование резинокордных слоев при квазистатическом нагружении
Статья научная
Моделирование пневматической шины при сильном изменении формы вызывает проблему выбора адекватной модели резинокордных слоев. Классическая методика осреднения, вообще говоря, не подходит в силу физической и геометрической нелинейности при рассматриваемом деформировании до 15 %. В работе кратко приводятся известные варианты моделирования всей шины и резинокордных слоев. Делается выбор в пользу описания резинокордных слоев с помощью потенциала напряжений, являющегося анизотропной функцией инвариантов тензора деформаций. Из такого определяющего соотношения следует квазилинейное соотношение в терминах дифференциалов напряжений и деформаций. Также поясняется удобство этих двух типов определяющих соотношений для численной реализации. Описана модификация определения эффективных свойств неоднородного слоя. Поясняется отличие от стандартного определения эффективных модулей. Считается, что расположение кордных нитей приближенно можно считать периодическим, а все нити заменить эффективным волокном. При этих предположениях описаны две модели резинокордного слоя: модель ортотропного материала и модель трансверсально-изотропного материала. Указано на схемы вычислений, которые можно считать вычислительными экспериментами, позволяющими определять материальные параметры анизотропных потенциалов. Описаны проведенные реальные эксперименты с пластиной из брекерной резины при медленном квазистатическом растяжении. Обнаружен существенный гистерезис. Показано, что аддитивная модель, сочетающая гиперупругий материал с линейной моделью Максвелла, описывает зависимость от скорости деформирования. Описана использованная схема численного решения квазистатической задачи деформирования шины, которая реализована в виде собственной программы. Описаны верификационные тесты. Приведен пример деформирования шины, так называемый тест на разрыв, в котором осуществляется сильное деформирование и применяется разработанная модель.
Бесплатно
Моделирование роста краевой усталостной трещины при высокочастотном нагружении
Статья научная
Как неоднократно показали исследования поверхностей излома реальных изделий авиационной промышленности, низкоамплитудные высокочастотные колебания могут приводить к «непрогнозируемому» выходу из строя элементов авиационных и иных конструкций. Причиной является высокочастотное нагружение, приводящее к наработке большого количества циклов, зачастую превышающего изученную область усталостного поведения материала. Этот новый режим усталостного разрушения (сверхмногоцикловая усталость) требует специального изучения экспериментальными методами и методами математического моделирования. В данной статье рассматривается задача о численном определении коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) в образцах с краевой трещиной, нагруженных высокочастотными гармоническими смещениями малой амплитуды. Расчеты проведены для случая, когда частота нагружения близка к собственной частоте образца. Строится поправочная функция для КИН с учетом изменения модальных характеристик резонансной системы (образца с прямолинейной трещиной) при продвижении фронта. Полученное выражение используется для моделирования роста краевой усталостной трещины с криволинейным фронтом. Описана принципиальная схема пьезоэлектрической усталостной установки и методика проведения испытаний на растяжение-сжатие титановых образцов, на рост краевой трещины в области сверхмногоцикловой усталости. Проводится анализ поверхностей излома с выявлением линий остановок фронта и математическое моделирование эволюции фронта трещины при высокочастотном нагружении. Результаты математического моделирования сравниваются с экспериментальными данными, полученными в ходе высокочастотных усталостных испытаний на пьезоэлектрической установке. Численными расчетами показано, что данный подход позволяет качественно и количественно моделировать эволюцию усталостной трещины с криволинейным фронтом при сверхмногоцикловом (высокочастотном) режиме нагружения.
Бесплатно
Моделирование свойств материала на стадии разупрочнения
Статья научная
Приводятся результаты численного моделирования полных диаграмм деформирования разупрочняющегося материала с построением зависимостей модуля упругости и коэффициента поперечной деформации от степени продольной деформации при одноосном растяжении.
Бесплатно
