Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика

Все статьи: 1111

Моделирование образования новых материальных поверхностей в процессах когезионного разрушения композита с адгезионным слоем

Моделирование образования новых материальных поверхностей в процессах когезионного разрушения композита с адгезионным слоем

Глаголев В.В., Маркин А.А., Фурсаев А.А.

Статья научная

Рассматривается докритическое упругопластическое деформирование трехслойного композита и процесс разделения слоев, сопровождающийся разрушением адгезионного слоя. Путем осреднения компонент напряжений в адгезионном слое по его толщине задача сводится к системе двух вариационных условий равновесности относительно полей скоростей склеиваемых слоев. При решении упругопластической задачи докритического деформирования выделяется δ-область, в которой достигнут критерий разрушения. С помощью повторного решения задачи докритического деформирования с известным законом движения границы δ-области находится распределение нагрузки (узловых сил), действующей со стороны δ-области на тело. На следующем шаге рассматривается изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) тела в процессе разрушения δ-области. Решается упругопластическая задача при простой разгрузке δ-поверхности тела и сохранении внешней нагрузки, соответствующей началу процесса разрушения. В процессе δ-разгрузки возможно образование новых пластических областей, частичная разгрузка и достижение критерия разрушения. В результате НДС тела в момент начала локальной разгрузки отличается от его состояния при окончании δ-разгрузки. Это является принципиальным отличием от известной процедуры «убийства элементов», когда жесткость элемента после достижения критерия разрушения полагается близкой к нулевой. При этом состояние тела вне удаленного элемента считается неизменным, и возможность появления зон разгрузок и догрузок после исключения элемента не учитывается. В случае линейной упругости решение задачи с удаленной областью при фиксированной внешней нагрузке совпадает с решением, получаемым в результате δ-разгрузки в силу единственности решения и принципа суперпозиции. Однако решение упругопластической задачи при простом нагружении тела с удаленной областью не будет совпадать с решением методом δ-разгрузки. В статье приведены решения задач расслоения композита, иллюстрирующие метод простой δ-разгрузки как в линейно-упругой, так и в упругопластической постановках.

Бесплатно

Моделирование обтекания полупроницаемого тела на основе линейной кинематической модели методом крупных частиц

Моделирование обтекания полупроницаемого тела на основе линейной кинематической модели методом крупных частиц

Давыдов Ю.М., Акжолов М.Ж.

Статья научная

В данной статье приведены полные систематические результаты исследования потоков вокруг проницаемых тел во всем диапазоне проницаемости. Условие кинематики линейного Давыдова используется для граничной формулировки поверхности проницаемого тела. Расчеты осуществляются методом Больших частиц. Бифуркационные точки перехода от одной топологии потока к другой являются неустойчивыми.

Бесплатно

Моделирование ориентационных явлений около частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах

Моделирование ориентационных явлений около частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах

Свистков А.Л., Комар Л.А.

Статья научная

Рассматриваются вопросы моделирования процесса формирования ориентированных областей около частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах. Высказана гипотеза о том, что рост ориентированных областей происходит вследствие расширения ориентированного состояния полимера на соседние неориентированные области. Предложена математическая модель для описания этого явления. В основе ее предположение, о том, что эволюция тензора ориентации определяется действием двух факторов: а) ориентирующим действием полимерных окружающих цепей; б) термофлуктуационным ростом хаоса в ориентации полимерных цепей.

Бесплатно

Моделирование осевого сжатия АМКМ В95/10% SiC в нестационарных термомеханических условиях

Моделирование осевого сжатия АМКМ В95/10% SiC в нестационарных термомеханических условиях

Крючков Д.И., Нестеренко А.В., Залазинский А.Г.

Статья научная

Для получения изделий из алюмоматричных композиционных материалов (АМКМ) с требуемым уровнем механических свойств необходима обработка посредством интенсивной деформации. Для моделирования деформационного поведения в нестационарных условиях термодеформационной обработки идентификация модели АМКМ остается актуальной задачей. Один из подходов к описанию текучести материала это использование модели Г.Р. Джонсона и В. Кука. В предлагаемой работе объектом исследования является АМКМ, изготовленный из гранулированного высокопрочного алюминиевого сплава В95 системы Al-Zn-Mg-Cu, армированный 10 % по массе частицами SiC. Целью работы является определение влияния нестационарных термомеханических (давление на заготовку и температура нагрева) условий деформирования на истинную деформацию и скорость деформации композитного материала, а также идентификация модели материала и проверка возможности ее применения для исследования процессов формоизменения в исследуемом диапазоне давлений и температур. Проведено экспериментальное исследование процесса осадки при одноосном сжатии спечённых цилиндрических образцов АМКМ в диапазоне начальных давлений 5,65-7,81 МПа при нагреве до 510, 530 и 550°С. В данном диапазоне получены зависимости степени деформации и средней за процесс скорости деформации. Осуществлена идентификация реологической модели материала. Предложен режим предварительной термомеханической обработки и изготовлен опытный образец. Приведенный режим обеспечил относительно равномерное заполнение композитным материалом полостей штампа. Для подтверждения возможности применения результатов параметрической идентификации модели материала осуществлено имитационное моделирование технологического процесса изготовления опытного образца.

Бесплатно

Моделирование особенностей термомеханического поведения полимера в температурном диапазоне, включающем релаксационный переход

Моделирование особенностей термомеханического поведения полимера в температурном диапазоне, включающем релаксационный переход

Голотина Людмила Александровна, Шардаков Игорь Николаевич

Статья научная

Для описания термомеханического поведения аморфных полимеров использован вариант определяющих соотношений, позволяющий учесть влияние релаксационных переходов (типа стеклования) на напряженно-деформированное состояние. Для тензорных величин, которые на феноменологическом уровне характеризуют эволюцию межмолекулярного взаимодействия, сформулированы кинетические уравнения в аррениусовской форме. Приведенные результаты численных экспериментов демонстрируют возможности системы определяющих и кинетических уравнений для описания характерных особенностей термомеханического поведения аморфных полимеров, таких как эффекты памяти формы, вынужденной высокоэластичности и обратной ползучести.

Бесплатно

Моделирование отверждения фотополимера

Моделирование отверждения фотополимера

Федулов Б.Н.

Статья научная

Рассматривается процесс отверждения фотополимерного материала. Воздействие света на фотополимерный материал запускает в нем реакцию, которая приводит к конверсии полимерных цепочек, что, в свою очередь, имеет следствием несколько эффектов: выделение тепла и повышение температуры, отверждение или набор жесткости материала, а также появление объемной усадки. Такие процессы искажают первоначальную форму материала. При неравномерном облучении материала процессы запускаются с разной интенсивностью и определенной задержкой относительно друг друга, что влечет за собой появление остаточных напряжений. В промышленности большое распространение получила технология стереолитографии, при которой материал облучается по определённым областям, так называемым маскам, после чего неотвержденный материал удаляется. На таком эффекте поострены современные фотополимерные 3D-принтеры, которые послойно с различными масками отверждают материал. При 3D-печати отверждение верхнего слоя сопровождается большей усадкой относительно нижнего слоя, который к этому моменту имеет большую степень отверждения, что приводит к появлению остаточных напряжений. Таким образом, с появлением каждого нового слоя в детали происходит постепенное накопление остаточных напряжений. Как следствие, искажается первоначально планируемая форма изделия и происходит потеря прочностных характеристик. Остаточные напряжения, реализуемые в процессе печати, могут превзойти прочность материала, что зачастую приводит к резкому росту трещин и растрескиванию печатаемой конструкции. В данном исследовании предлагается модель фотополимерного материала и алгоритм действий по моделированию отверждения. Рассматривается процесс стереолитографии на основе воздействия подвижного лазера. Приводится сравнение с экспериментом.

Бесплатно

Моделирование отклика зонда атомно-силового микроскопа на внедрение в поверхность полимерного нанокомпозита с дисперсным наполнителем

Моделирование отклика зонда атомно-силового микроскопа на внедрение в поверхность полимерного нанокомпозита с дисперсным наполнителем

Гаришин Олег Константинович, Беляев Антон Юрьевич, Изюмов Роман И.

Статья научная

При исследовании материалов контактным методом с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) получают кривые, описывающие зависимость силы на инденторе F от глубины внедрения зонда u. Если материал структурно неоднородный, то при пошаговом сканировании поверхности зависимости F(u) в разных точках будут различаться. Правильная расшифровка полученной экспериментальной информации невозможна без использования методов математического моделирования. Основная цель исследования состояла в исследовании связи вида кривых F(u) и формы частицы наполнителя в толще матрицы, а также ее ориентации. В упругую конечно-деформируемую полуплоскость, содержащую абсолютно жесткое включение, внедряли жесткий зонд АСМ со скругленной вершиной. Нелинейно-упругую краевую задачу рассматривали в двумерной постановке для случая обобщенных плоских деформаций. Построены зависимости F(u) для включений в виде тонкой плоской пластинки, квадрата и круга. Полученные результаты показали, что предложенный подход позволяет оценить форму и ориентацию частиц наполнителя в полимерной матрице.

Бесплатно

Моделирование поведения консолидированных и высокопористых геологических сред в условиях сжатия

Моделирование поведения консолидированных и высокопористых геологических сред в условиях сжатия

Стефанов Ю.П.

Статья научная

С использованием модификаций моделей Друккера-Прагера-Николаевского и Рудницкого выполнено исследование поведения консолидированных и высокопористых материалов под действием нагрузки. Смоделировано поведение образцов песчаника с малой и высокой пористостью в условиях сжатия. Рассмотрено формирование полос локализованного сдвига, развитие однородного уплотнения и образование полос уплотнения при различной величине обжатия образцов. Построены кривые зависимости напряжений от объемной и осевой деформации.

Бесплатно

Моделирование процесса возникновения овальности поперечного сечения образцов из монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов при растяжении

Моделирование процесса возникновения овальности поперечного сечения образцов из монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов при растяжении

Семенов А.С., Беляев М.О., Грищенко А.И.

Статья научная

Рассматривается задача об одноосном растяжении цилиндрического тела из монокристаллического материала, обладающего кубической симметрией. Одним из характерных внешних проявлений анизотропии механических свойств материала является потеря начальной круговой формы поперечного сечения цилиндрического образца при растяжении или сжатии в условиях несоосности оси образца с осями анизотропии материала. Задача решается в упругой, упругопластической и упруговязкопластической постановках. При решении краевых задач используются как аналитические, так и численные (трехмерное конечно-элементное моделирование) методы. Для оценки изменения формы сечения вводится безразмерный параметр овальности как отношение разности наибольшего и наименьшего диаметров к наименьшему. Производится сравнение результатов расчета с данными эксперимента на высокотемпературную ползучесть жаропрочного монокристаллического сплава на никелевой основе ВЖМ4. Исследуется влияние отклонения ориентации оси образца от осей анизотропии на форму поперечного сечения под нагрузкой и после ее удаления. При решении неупругих задач используются как микромеханические (кристаллографические) модели, так и феноменологические модели и производится сравнение полученных результатов. Решение задачи в упругопластической постановке с учетом геометрической нелинейности позволяет описать эволюцию процесса образования шейки, которая для анизотропных материалов может быть неосесимметричной. Полученные результаты указывают на необходимость модификации методов измерений при выполнении механических испытаний анизотропных материалов на одноосное растяжение, связанных с регистрацией изменения размера поперечного сечения в целях определения осевой деформации. При идентификации параметров материала овальность может быть использована для оценки осевой деформации, а также для компенсации недостающей информации о кристаллографической ориентации образца.

Бесплатно

Моделирование процесса возникновения тяжей в эластомерных композитах

Моделирование процесса возникновения тяжей в эластомерных композитах

Соколов А.К., Гаришин О.К., Свистков А.Л.

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

Моделирование процесса горячего изостатического прессования

Хлыбов А.А., Беляев Е.С., Рябцев А.Д., Рябов Д.А., Беляева С.С., Гетмановский Ю.А., Явтушенко П.М.

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

Моделирование процесса двухстороннего прессования металлического порошка в пресс-форме с плавающей матрицей

Моделирование процесса двухстороннего прессования металлического порошка в пресс-форме с плавающей матрицей

Березин И.М., Залазинский А.Г., Нестеренко А.В., Быкова Т.М.

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

Моделирование процесса деформирования керамики в режиме сверхпластичности

Клюев А.В., Останина Т.В.

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

Моделирование процесса деформирования пластины с концентратором напряжений при учете закритической стадии деформирования материала

Моделирование процесса деформирования пластины с концентратором напряжений при учете закритической стадии деформирования материала

Вильдеман В.Э., Третьяков М.П., Мугатаров А.И.

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

Моделирование процесса деформирования подводного газопровода под действием взрывной нагрузки

Абузяров М.Х., Глазова Е.Г., Кочетков А.В., Кочетков М.А.

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

Моделирование процесса зернограничного проскальзывания при сверхпластичности

Останина Т.В., Трусов П.В.

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

Моделирование процесса разделения композита с адгезионным слоем

Глаголев В.В., Маркин А.А., Фурсаев А.А.

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

Моделирование процесса формирования микроструктуры при кристаллизации металла с помощью клеточных автоматов

Моделирование процесса формирования микроструктуры при кристаллизации металла с помощью клеточных автоматов

Беланков А.Б., Столбов В.Ю.

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

Моделирование процесса штамповки заготовок имплантатов с применением схем интенсивного пластического деформирования

Моделирование процесса штамповки заготовок имплантатов с применением схем интенсивного пластического деформирования

Тарасов А.Ф., Алтухов А.В., Шейкин С.Е., Байцар В.А.

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

Моделирование процессов 3D-печати композитной оснастки и трансферного формования сетчатых конструкций

Моделирование процессов 3D-печати композитной оснастки и трансферного формования сетчатых конструкций

Шабалин Л.П., Пузырецкий Е.А., Халиулин В.И., Батраков В.В.

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

Журнал