Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика
Все статьи: 1009
Влияние жесткости нагружающей системы на равновесный рост трещин при квазистатическом нагружении
Статья научная
Рассматриваются вопросы экспериментального изучения поведения алюминиевого сплава Д16Т в зависимости от режимов нагружения и жесткости нагружающей системы. Показаны особенности роста трещины при кинематическом и силовом нагружении. Производилось одноосное нагружение плоских образцов с предварительно пророщенной усталостной трещиной и разной длиной рабочей части. Приведены диаграммы деформирования. Испытания выполнены на сервогидравлической испытательной машине Instron 8850, определены условный предел текучести и предел прочности для исследуемого материала. Для замера длины трещины использовался цифровой микроскоп Dino-Lite Dicital Microscope AM4013MTL Series. Показано существенное влияние жесткости нагружающей системы на механическое поведение алюминиевого сплава Д16Т при квазистатическом нагружении.
Бесплатно
Статья научная
Данная работа посвящена экспериментальному исследованию влияния замены скруглениями угловых точек двузвенных ломаных траекторий деформирования при отображении процессов сложного нагружения при упругопластическом деформировании материалов. Замена угловых точек в их окрестности локальными участками окружностей позволяет неаналитическую траекторию заменить гладкой траекторией. Экспериментальные исследования выполнены на тонкостенных трубчатых образцах из материала сталь 3 на автоматизированном расчетно-экспериментальном комплексе СН-ЭВМ. Программы нагружения трубчатых образцов задавались в девиаторном пространстве деформаций А.А. Ильюшина. Рассмотрено скругление точки излома двузвенной траектории с ортогональным изломом дугами окружностей с кривизнами 200, 400, а также скругление точки излома двузвенной траектории с углом излома 135° дугами с кривизнами 400, 800. Представлены экспериментальные диаграммы, характеризующие векторные и скалярные свойства материала. Показано, что влияние сложного нагружения на зависимость между напряжениями и деформациями при переходе на криволинейный участок проявляется не сразу. Для рассмотренного материала после точки начала скругления величина модуля вектора напряжений сначала возрастает, а затем с образованием «нырков» напряжений убывает. Точка минимума «нырка» находится на последующей прямолинейной части траектории деформирования. На участке скругления угол сближения возрастает, а на последующем прямолинейном участке - убывает и с ростом деформации стремится к нулю. Скорость уменьшения угла сближения мало зависит от различия в геометрии предшествующей траекторий деформирования. При деформировании по прямолинейному участку экспериментальные результаты для скругленных и нескругленных траекторий становятся мало отличимыми друг от друга. Таким образом, замена исходной неаналитической траектории на гладкую траекторию влияет на сложность процессов деформирования и нагружения материалов только в окрестности точки излома. Это обстоятельство можно учесть при численном моделировании процессов упругопластического деформирования материалов и интегрировании определяющих соотношений, заменяя неаналитические траектории гладкими.
Бесплатно
Влияние импульсного ввода энергии и высокой температуры на пластификацию алюминиевого сплава Д16
Статья научная
Ранее авторами показано, что при динамических неравновесных процессах, которые реализуются за счет импульсных подгрузок, в материалах образуется тонко-полосовая, менее плотная диссипативная структура, связанная в объеме материала на различных масштабных уровнях. Причем при импульсном вводе энергии в материал разных классов (реакторные стали, теплостойкая сталь, углеродистые стали низкой и средней прочности, титановый сплав, мартенситно-стареющая сталь, армко – железо, монокристальный сплав, техническая медь, алюминиевые сплавы, наноструктурный высокопрочный титан) можно обеспечить широкий спектр регулирования прочностных и пластических свойств материалов, а именно: пластифицировать материал на стандартной восходящей ветви диаграммы деформаций; добиться изменения протяженности стадий деформирования и изменения прочностных свойств на заданных стадиях деформирования; реализовать квазисверхпластическое состояние при комнатной температуре (получить идеально пластическое поведение материала до десятков процентов остаточной деформации) за счет многократных импульсных подгрузок; реализовать резервы механических свойств материалов на стадии разупрочнения, включая и стадию роста макротрещины. В настоящей работе выявлен эффект влияния высокой температуры (773 К) на более существенную пластификацию алюминиевого сплава Д16 с вновь образованной при динамических неравновесных процессах диссипативной структурой по сравнению со структурой сплава, деформированной при статическом растяжении.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты экспериментальных исследований механического поведения сплава Mg-3% Al-1% Zn при высокоскоростном растяжении при комнатной и повышенных температурах. Для испытаний применялись плоские образцы с гладкой рабочей частью и с надрезами радиусом 10,5 и 2,5 мм. Экспериментальные исследования проведены на высокоскоростном сервогидравлическом стенде «Инстрон» VHS 40/50-20. Нагрев образцов плоскими керамическими инфракрасными излучателями до заданных температур занимал в среднем от 60 до 160 с. Контроль за температурой в рабочей части образцов осуществлялся в реальном времени с помощью хромель-алюмелевой термопары. Получены данные о влиянии параметра трехосности напряженного состояния в диапазоне от 0,33 до 0,5 на напряжение течения и величину предельной деформации до разрушения магниевого сплава при растяжении со скоростями деформации 100 и 1000 1/с при температурах 295, 473 и 673 К. Обнаружено, что с ростом параметра трехосности напряженного состояния в диапазоне от 0,33 до 0,5 величина предельной деформации до разрушения при растяжении сплавов магния уменьшается в два раза. Указанный эффект реализуется в широком диапазоне скоростей деформации и температурах T / Tm от 0,32 до 0,73 ( Tm = 923 K - температура плавления магниевого сплава Mg-3% Al-1% Zn). Полученные данные были использованы для калибровки моделей пластического деформирования и разрушения магниевого сплава МА2-1.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является сооружение, представленное в виде многомассового упругого консольного стержня с сейсмоизолирующими элементами сухого трения в опорной части, испытывающее горизонтальное случайное воздействие сейсмического типа. Целью работы является изучение сейсмической реакции и выбор рациональных параметров системы сейсмоизоляции с учетом случайных характеристик воздействия и предельных параметров сооружения и системы сейсмоизоляции. Исследования основаны на динамических расчетах, воздействия и колебания системы являются случайными процессами. Динамическая модель сооружения с рассматриваемой сейсмоизоляцией представлена в виде консольного стержня с сосредоточенными массами, составлена система дифференциальных уравнений, описывающая движение сооружения с сейсмоизолирующими скользящими элементами в уровне верха фундаментов, смоделировано сейсмическое воздействие в виде нестационарного случайного процесса, разработан алгоритм интегрирования системы дифференциальных уравнений движения и определения методом статистических испытаний статистических характеристик сейсмической реакции и показателей надежности сооружений с сейсмоизоляцией. Приведена методика оценки эффективности системы сейсмоизоляции и выбора ее рациональных параметров. Расчетная динамическая модель сооружения с сейсмоизолирующими скользящими элементами, установленными в уровне верха фундаментов, и упругими и жесткими ограничителями перемещений скользящих опор разработана в виде многомассового консольного стержня, учитывающего относительные перемещения масс и упоры системы об ограничители перемещений. Движение сооружения при сейсмическом воздействии описано системой дифференциальных уравнений, учитывающей условия переходов сооружения из состояния «залипания» в состояние скольжения и наоборот. Определены статистические характеристики сейсмической реакции и показатели надежности сооружения в процессе колебаний при различных значениях максимального ускорения колебания грунтов, преобладающего периода воздействия, количества масс в расчетной модели и коэффициента трения-скольжения опорных элементов. Оценена степень влияния параметров воздействия и системы на эффективность сейсмоизоляции сооружений со скользящими элементами. Предложенный подход к выбору рациональных параметров системы сейсмоизоляции может быть применен как метод, направленный на повышение эффективности систем с разными конструктивными вариантами сейсмической изоляции сооружений.
Бесплатно
Статья научная
Жаропрочные монокристаллические сплавы, используемые при изготовлении рабочих и направляющих лопаток газотурбинных двигателей, обладают ярко выраженной анизотропией механических свойств, высокими показателями кратковременной, длительной и термоусталостной прочности. На основе микроструктурной модели упругопластического деформирования, учитывающей наличие октаэдрических и кубических систем скольжения, выполнено исследование влияния кристаллографической ориентации монокристаллических образцов на уровень пластической деформации при одноосном растяжении и на размах пластической деформации при интенсивном термоциклическом воздействии. Анизотропия пластических свойств монокристаллов проявляется в зависимости от уровня пластических деформаций от направления нагружения. В работе произведена оценка вклада октаэдрических и кубических систем скольжения при одноосном нагружении в различных направлениях по отношению к кристаллической решетке. Исследована эволюция ориентационных зависимостей пластической деформации при монотонном увеличении нагрузки, проанализированы процессы возникновения и конкурирующего роста локальных максимумов. Найдены угловые координаты всех возможных в пределах стереографического треугольника 7 локальных максимумов и указаны диапазоны нагрузки их доминирования. Представлены результаты исследования влияния температуры и упрочнения на характер ориентационного распределения пластической деформации. Исследовано влияние кристаллографической ориентации на уровень пластических деформаций при симметричном и несимметричном циклическом нагружении. Представлены результаты моделирования поцикловой кинетики пластических деформаций и их ориентационного распределения от цикла к циклу. Результаты вычислительных экспериментов для корсетных образцов для термоусталостных испытаний показали значительную чувствительность размаха пластической деформации к отклонению от аксиальной ориентации [001] даже на несколько градусов, что указывает на необходимость пересмотра принятого на практике допуска в 10 градусов.
Бесплатно
Влияние кругового отверстия на напряженное состояние оболочки произвольной гауссовой кривизны
Статья научная
Работа посвящена определению напряженно-деформированного состояния изотропной оболочки произвольной гауссовой кривизны с круговым отверстием, расположенным в центре конструкции. Оболочка находится под действием осевого растяжения или внутреннего давления. Использовались уравнения теории пологих изотропных оболочек, которые совпадают с уравнениями теории изотропных оболочек с большим показателем изменяемости. Были задействованы интегральное преобразование Фурье, теория обобщенных функций. В результате задача сведена к решению системы граничных интегральных уравнений. Одно из преимуществ использования метода граничных интегральных уравнений для исследования напряженно-деформированного состояния оболочек, ослабленных отверстием, состоит в возможности определять искомые величины непосредственно на контуре отверстия, не вычисляя их на всей поверхности оболочки. Для получения ядер сингулярных интегральных уравнений были использованы интегральные представления перемещений и фундаментальные решения уравнений статики пологих изотропных оболочек. В качестве неизвестных функций использовались комбинации перемещений, углов поворота и их производных. Аналитические выкладки существенно упрощаются, если считать неизвестными на контуре не четыре функции, как это принято, а пять. В данной работе в качестве пятого уравнения используется дифференциальное уравнение, связывающее неизвестные функции. При численном решении задачи для сведения системы интегральных уравнений к системе линейно-алгебраических уравнений использовались специальные квадратурные формулы для интегралов типа Коши, если неизвестные функции имели корневую особенность на концах промежутка интегрирования. Для сведения дифференциального уравнения к линейно-алгебраическому уравнению использовался метод конечных разностей. Приведены результаты значений коэффициентов концентрации напряжений в зависимости от кривизны изотропной оболочки. Также было произведено сравнение результатов с другими исследователями.
Бесплатно
Влияние механической нагрузки на результирующие пьезомодули композита
Статья научная
Разработана математическая модель и на ее основе найдены аналитические решения для результирующих «редуцированных» электроупругих характеристик, в частности: деформационных (сдвиговых) пьезомодулей и диэлектрических проницаемостей трансверсально-изотропного пьезоэлектрического материала (композита) с учетом поправок, обусловленных наличием механических осевых напряжений и электродеформационной переориентации оси симметрии свойств материала при действии электрического поля. В начальной конфигурации осевые растягивающие и / или сжимающие напряжения не приводят к появлению сдвиговых деформаций материала, сдвиги инициируются приложением электрического поля и «усиливаются» осевыми напряжениями начальной конфигурации. Выявлен эффект увеличения результирующих значений деформационных пьезомодулей материала от действия осевых напряжений. Величины приложенных осевых напряжений не превышают значений потери устойчивости материала (элементов структуры и в целом композита), что обусловливает сохранение эффекта увеличения пьезомодулей также при действии переменного электрического поля. Результаты численного моделирования получены для трансверсально-изотропного полимерного композита «силикон/PZT-4» с однонаправленными пьезоэлектрическими волокнами с круглым поперечным сечением как частного (предельного) случая структуры с ориентированными эллипсоидальными включениями с использованием известного «обобщенного сингулярного приближения» на основе метода функций Грина статистической механики композитов для вычисления тензоров эффективных свойств композита в текущей конфигурации. Поправки деформационной анизотропии вычисляются через текущие координаты направляющего вектора для оси симметрии свойств - направления ориентации волокон композита. Установлено, что наиболее значительно эффект увеличения сдвиговых пьезомодулей проявляется для однонаправленного волокнистого композита с низкомодульной полимерной матрицей «силикон/PZT-4» при малых значениях объемной доли жестких пьезоэлектрических волокон от действия сжимающего продольного осевого напряжения.
Бесплатно
Статья научная
При применении ряда жесткопластических моделей решения краевых задач могут быть сингулярными. В частности, некоторые компоненты тензора скорости деформации и квадратичного инварианта тензора скорости деформации могут стремиться к бесконечности вблизи определенных поверхностей. Такое поведение поля скорости положено в основу некоторых моделей для предсказания высокого градиента свойств материала вблизи поверхностей трения в процессах обработки металлов давлением. Коэффициент при главном сингулярном члене в разложении квадратичного инварианта тензора скорости деформации в ряд в окрестности поверхности трения называется коэффициентом интенсивности скорости деформации. Величина второго инварианта тензора скорости деформации вблизи таких поверхностей контролируется этим коэффициентом, который зависит от геометрических параметров краевой задачи и параметров модели материала. В публикуемой работе исследуется влияние пластической сжимаемости материала, подчиняющегося модели двойного сдвига, на величину коэффициента интенсивности скорости деформации при осадке слоя пластического материала между двумя параллельными плитами. Система уравнений, состоящая из уравнения равновесия и определяющих уравнений, является гиперболической. Предполагается, что поверхность контакта плит и деформируемого материала является огибающей одного из семейств характеристик. Получено аналитическое решение краевой задачи в условиях плоскодеформированного состояния. Влияние краевых эффектов вблизи свободной поверхности слоя и вблизи его центра игнорируется. Получена зависимость коэффициента интенсивности скорости деформации от параметров краевой задачи, включая параметр, который контролирует пластическую сжимаемость материала. В случае пластически несжимаемого материала решение совпадает с известным решением.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается гипотеза происхождения волнообразного рельефа на поверхности полиуретана, обработанного плазмой. Выдвинуто предположение, что напряжения и деформации возникают из-за накопленного в приповерхностном слое одноименного заряда. Предложена методика расчета напряжений при условии равномерного распределения заряда. Получены определяющие уравнения упругой среды с распределенным зарядом, исходя из закона сохранения энергии и термодинамического неравенства. В полученных уравнениях тензор напряжений Коши содержит слагаемое, зависящее от плотности распределения заряда. Проведен расчет, показывающий зависимость величины напряжений от энергии и накопленной дозы. Расчет по предложенной модели показывает, что напряжения, возникающие в материале при некоторых дозах обработки достаточно высокие, чтобы вызвать изменение формы поверхности. Показано, что потеря устойчивости и, как следствие, возникновение волн на поверхности материала, характерно для низкомодульных полимеров. Проведено сравнение результатов расчета с реальными снимками поверхностей образцов после обработки, полученных с помощью оптического и атомно-силового микроскопов. Сделаны выводы о состоятельности выдвинутой гипотезы.
Бесплатно
Влияние поверхностных эффектов в задаче теории упругости для кругового отверстия в полуплоскости
Статья научная
Поверхностные эффекты важны для моделирования некоторых структур, таких как нанопленки, нанопористые материалы и другие наноразмерные структуры. В данной работе рассмотрена задача теории упругости - задача о полуплоскости, содержащей круговое отверстие, растягиваемой постоянными напряжениями, приложенными на бесконечности, c учетом таких эффектов, как поверхностная упругость и поверхностные напряжения. Решение задачи получено при помощи разложения в ряды Фурье переменных, представленных в биполярной системе координат (что упрощает решение задачи, в силу того что на контуре отверстия одна из координат становится константой), а компоненты напряжений определяются через бигармоническую функцию напряжений. Коэффициенты в рядах Фурье определяются так, чтобы удовлетворить граничным условиям на контуре отверстия. Для решения задачи, помимо уравнений теории упругости, использовались уравнения поверхностной упругости, в частности, с помощью обобщенного закона Лапласа - Юнга и закона Шаттлворса вычислялось непосредственно поверхностное напряжение на контуре отверстия. Величины концентраций напряжений получены с помощью рекуррентных соотношений для компонент напряжения на границе. Полученные выражения можно рассматривать как обобщение решения задачи традиционной теории упругости. Проведены сравнения концентраций напряжений с учетом и без учета поверхностных эффектов в различных точках контура отверстия. Рассмотрено влияние, оказываемое поверхностными эффектами в зависимости концентраций напряжений от значения относительного расстояния между отверстием и границы полуплоскости. Обнаружено, что, несмотря на довольно простую геометрию в данной задаче, из-за достаточно малого расстояния между отверстием и границей полуплоскости значения концентрации напряжений с учетом и без учета поверхностного напряжения существенно отличаются друг от друга.
Бесплатно
Влияние последовательности нагружения на кинетику роста трещины: теория, модель, эксперимент
Статья научная
Рассматривается проблема учета последовательности нагружения, возникающая при расчете долговечности деталей с дефектом в виде трещины. Приведен краткий обзор существующих моделей, в частности, большая часть из них объясняет исследуемый феномен эффектом закрытия трещины. В то же время чувствительность к последовательности нагружения наблюдается при высоких значениях асимметрии цикла, когда закрытие минимально, что ставит под сомнение адекватность данных подходов. С целью построения физически обоснованной модели авторами исследуются механизмы роста трещины при различных скоростях (участок Пэриса, околопороговая область), предлагается теория хрупкого разрушения в околопороговой области роста трещины. Новый подход основан на связи напряжения раскрытия в окрестности вершины трещины с пороговым значением размаха коэффициента интенсивности напряжений. Разработана численно-аналитическая методика расчета напряжений в окрестности вершины трещины при произвольной последовательности нагружения. В основе данной методики лежит вариант теории пластичности, рассматривающий комбинированное изотропно-трансляционное упрочнение и линейное правило определения деформации в окрестности трещины. Трансляционное упрочнение реализовано в рамках закона Фредерика-Армстронга и правила суммирования смещений Шабоши. Интегрирование скоростных соотношений осуществлялось на основе процедуры проецирования напряжений на поверхность нагружения (неявный метод Эйлера). Приведена методика экспериментальных исследований, необходимых для настройки модели и ее верификации. Представлены результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных по долговечности, полученные при регулярном нагружении с перегрузками/недогрузками в различных вариациях и при спектральном нагружении. Во всех случаях получено удовлетворительное соответствие с высоким значением коэффициента корреляции.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты экспериментального и численного анализа процессов упругопластического деформирования и потери устойчивости трубчатых образцов из стали 12Х18Н10Т при монотонных простых и сложных кинематических нагружениях растяжением-кручением с учетом больших деформаций и неоднородности напряженно-деформированного состояния (НДС). Экспериментальные исследования проводились на модернизированном (в стандартном исполнении - только растяжение-сжатие плюс знакопеременное кручение) испытательном комплексе Z100 ZWICK-ROEL, позволяющем выполнять испытания на сложное нагружение на трубчатых образцах при одновременном, синхронизированном во времени, задании параметров в квазистатическом диапазоне нагружения: скорость изменения продольной силы (перемещения), скорость изменения крутящего момента (угла закручивания), скорость изменения внутреннего давления. Численное моделирование процессов упругопластического деформирования и потери устойчивости образцов осуществлялось в лагранжевых переменных. Кинематические соотношения формулируются в скоростях в метрике текущего состояния, что дает возможность описать большие формоизменения. Упругопластические свойства материала описываются теорией течения с нелинейным изотропным упрочнением. Уравнение движения записывается в неподвижной декартовой системе координат и следует из уравнения баланса виртуальных мощностей. Система уравнений, дополненная кинематическими граничными и начальными условиями, решается методом конечных элементов в сочетании с явной схемой интегрирования типа «крест». Наблюдается хорошее соответствие численных результатов с экспериментом по остаточной форме образцов и интегральным характеристикам процесса деформирования (осевая сила от осевого перемещения и крутящий момент от угла закручивания). Проведен анализ взаимного влияния растяжения и кручения на процессы потери устойчивости цилиндрических оболочек.
Бесплатно
Статья научная
Старение композитов является повсеместной проблемой, которая приводит к ухудшению механических свойств, сокращению проектного срока службы конструкции и потенциальному преждевременному аварийному разрушению. Работа посвящена экспериментальному исследованию влияния предварительного температурного старения на остаточные механические свойства образцов конструкционного углепластика. Для этого была применена методика совместного использования испытательных систем и системы для регистрации и анализа сигналов акустической эмиссии. Проведены серии квазистатических испытаний образцов углепластика на межслоевой сдвиг по методу короткой балки до и после предварительных температурных воздействий при различных режимах. Испытания проводились на универсальных электромеханических системах Instron 5882 и Instron 5965 в соответствии с рекомендациями ASTM D2344. В процессе нагружения образцов производилась непрерывная регистрация сигналов акустической эмиссии при помощи системы AMSY-6. Применялся пьезоэлектрический преобразователь с частотным диапазоном 300-800 кГц. При проведении испытаний была осуществлена синхронизация испытательной и диагностической системы. В ходе работы были определены значения прочности при межслоевом сдвиге для образцов слоистого углепластика. Проиллюстрированы характерные виды разрушения образцов. При анализе изменения механических свойств углепластика от повышения температуры установлены критические значения температур, при которых происходит резкий спад прочностных и упругих характеристик материалов, обусловленный активной деструкцией связующего. Построены и проанализированы графики зависимости энергетического параметра и частотных характеристик сигналов акустической эмиссии от времени. Проведена оценка процессов накопления повреждений в композитах, показана смена механизмов накопления повреждений. Полученные результаты иллюстрируют влияние повышенных температур и продолжительности их воздействия на механическое поведение образцов конструкционного углепластика при статических испытаниях на межслоевой сдвиг.
Бесплатно
Статья научная
Подготовка материалов для насыщения водородом в качестве первичной обработки сво- дится к его измельчению. Это позволяет существенно улучшить кинетические параметры сорб- ции/десорбции водорода за счет увеличения удельной доли поверхности в образце. Эффектив- ность измельчения зависит от механических характеристик материала.В работе исследованы механические характеристики образцов из магния и магниевых сплавов AZ31 и ZK60 до и после деформации равноканальным угловым прессованием (РКУП). Показано, что деформация РКУП приводит к анизотропии механических свойств, а также увели- чению прочности, предела текучести и уменьшению модуля упругости. Проанализированы воз- можные микромеханизмы реализации пластической деформации. Показано, что деформация РКУП создает текстуру в материале, формирование которой приводит к появлению анизотропии механических свойств.Установлено, что интенсивная пластическая деформация РКУП в исследованных мате- риалах осуществляется преимущественно скольжением по базисным плоскостям, что характерно для кристаллов с гексагональной плотнейшей упаковкой с отношением параметров элементар- ной ячейки, близким к идеальному ( с/а ~ 1,63). Вторым вкладом (по величине и значимости) в развитие деформации является двойникование. Расчет текстуры, сформированной в ходе де- формации РКУП, показал, что в сплавах на основе магния двойникование реализуется по плос- кости {10-12} в направлении сдвига . Возникновение двойников препятствует вовлече- нию в процесс деформации иных систем скольжения, а именно скольжения по пирамидальным и призматическим плоскостям кристаллической решетки.Проведенный в работе анализ деформационного поведения магния и его сплавов может быть положен в основу технологии создания материалов с ультрадисперсной структурой для хранения водорода в виде обратимых гидридов.
Бесплатно
Статья научная
остроена модель деформаций двухкомпонентного композитного материала с упругопластическими включениями и упругой матрицей, согласно которой пластический ток начинается не одновременно во всех точках включений, а в отдельных областях. Рассчитаны эффективные параметры нелинейных конститутивных отношений композиционного материала в пределе упругости и показано, что при распределении пластического тока по всему объему включений этот закон становится законом линейной кинематики упрочнения.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена изучению усталостной долговечности металлических материалов при различных схемах многоосного непропорционального нагружения, приводящего к возникновению сложного напряженно-деформированного состояния. Представлены результаты экспериментальных исследований усталостной долговечности конструкционной легированной стали 40ХГМА и сплава алюминия Д16Т при двухосном циклическом нагружении. Циклические испытания проведены на двухосевой электродинамической испытательной системе Instron ElectroPuls E10000 в условиях совместного растяжения-сжатия и кручения сплошных цилиндрических образцов корсетного типа. Рассмотрены методические вопросы проведения циклических испытаний при смешанных модах нагружения и получены соответствующие новые опытные результаты. Экспериментальные данные приведены в виде точек на графиках и соответствующих аппроксимирующих линий, отражающих зависимости числа циклов до разрушения от относительных величин постоянных составляющих касательных и нормальных напряжений. Во всех испытаниях задаваемые величины дополнительных составляющих компонент напряжений не превышали значений соответствующих условных пределов текучести, которые были предварительно определены в испытаниях на квазистатическое растяжение и кручение для каждого материала. На основе результатов испытаний проведена оценка влияния постоянной составляющей касательных напряжений на долговечность исследуемых материалов при циклическом растяжении-сжатии, а также рассмотрено влияние постоянной составляющей нормальных напряжений на долговечность при циклическом кручении. Показано, что в результате воздействия постоянных составляющих напряжений как в условиях циклического растяжения-сжатия, так и циклического кручения наблюдается снижение числа циклов до разрушения образцов. Полученные данные демонстрируют необходимость оценки допустимых пределов постоянных составляющих компонент напряжений, которые не будут приводить к значимому снижению долговечности изделий, работающих в условиях циклического нагружения.
Бесплатно
Влияние режимов микродугового оксидирования на механические свойства образцов из алюминиевого сплава
Статья научная
Представлены результаты экспериментального исследования влияния режимов микродугового оксидирования (МДО) на предел текучести и временное сопротивление образцов из алюминиевого сплава Д16Т. Приведено описание методики исследования, включающей формирование упрочненного слоя на поверхности лабораторных образцов методом МДО и исследование на прочность посредством эксперимента на растяжение. Исследования проводились в соответствии с теорией планирования эксперимента для дробного факторного эксперимента типа 2 3-1. Процесс МДО осуществлялся с использованием щелочного электролита, поэтому в качестве факторов процесса МДО были выбраны концентрация компонентов электролита (едкого калия - KOH и жидкого стекла - Na 2SiO 3) и электрические параметры процесса, определяемые емкостью конденсаторов технологической установки. Кроме условного предела текучести и временного сопротивления на поперечных шлифах определяли толщину и микротвердость МДО-слоя. На основе полученных данных были составлены уравнения регрессии и сделаны выводы о степени влияния режимов микродугового оксидирования на механические свойства образцов. Результаты исследования показали, что наличие МДО-слоя практически не влияет на величину временного сопротивления образцов, но способствует повышению условного предела текучести, значение которого в зависимости от режима процесса обработки может увеличиваться до 18 %. Работа проведена с целью исследования перспектив использования технологического метода модификации поверхностей - микродугового оксидирования для повышения не только износостойкости, но и прочностных свойств деталей из алюминиевых сплавов.
Бесплатно
Влияние сжимаемости газа в цилиндре насоса на продольные колебания штанговой колонны
Статья научная
Разработана модель продольных колебаний штанговой колонны глубинно-насосной установки, учитывающая сжимаемость газожидкостной смеси в цилиндре насоса. Был применен подход, использующий формулировку задачи в виде квазивариационного неравенства. Решение этой задачи может быть сведено к последовательности задач негладкой минимизации. Данный подход является достаточно универсальным и может быть использован для колонн в сильно искривленных скважинах. В данной модели газовый компонент смеси подчиняется закону Бойля. Сжимаемость жидкостного компонента, растворение газа в жидкости и выделение газа из жидкости в этой модели не учитываются. На базе предложенной модели рассмотрено влияние содержания газа в смеси, заполняющей цилиндр насоса, на динамограмму штанговой колонны в верхнем сечении. Кроме того, рассмотрено различие поведения штанговой колонны в двух случаях: когда газ равномерно распределен (но не растворен) в жидкости, заполняющей цилиндр насоса и когда газ в цилиндре насоса занимает локализованный объем. Если газ распределен в откачиваемой смеси, то сегменты динамограмм, соответствующие фазе сжатия, имеют более слабый наклон, чем в фазе расширения. Это объясняется тем, что масса газа, а следовательно, и сжимаемость смеси в фазе сжатия больше, чем в фазе расширения. Этот факт также объясняет ослабление свободных колебаний, которое гораздо более значительно для той фазы, когда плунжер движется вниз, чем для фазы, когда плунжер движется вверх. Если газ занимает локализованный объем в цилиндре насоса, то в фазе сжатия имеет ту же форму, что и в фазе растяжения. Повышенного ослабления вибраций при движении плунжера вниз в этом случае не наблюдается.
Бесплатно
Влияние состояния разломов литосферных плит на стартовое землетрясение
Статья научная
В более ранней работе авторами была построена модель стартового землетрясения от подготовки до свершения события. Модель основывалась на принятой в ряде работ постановке граничной задачи, представляющей две полубесконечные литосферные плиты с прямыми границами, моделируемыми пластинами Кирхгофа, медленно движущимися навстречу друг другу. Плиты находятся на трехмерном линейно деформируемом основании. Предполагается, что поверхность основания является границей Конрада, разделяющей верхнюю, гранитную, и нижнюю, базальтовую, структуры коры Земли. Для таким образом поставленной граничной задачи исследуется изменение концентрации контактных напряжений под литосферными плитами для случаев наличия и отсутствия дистанции между плитами в зоне сближения литосферных плит. При непосредственной их близости концентрация напряжений в зоне сближения, являющаяся разломом, становится сингулярной. Из практики решения граничных задач для линейно упругих материалов это означает разрушение зоны такой концентрации напряжений, то есть возникновение землетрясения. Для этой модели были изучены различные варианты последствий от воздействия на литосферные плиты. В результате оказалось, что к таким же последствиям приводят реально происходившие сбросовые и разламывающие землетрясения. Исследование осуществлялось для статической задачи при вертикальных внешних воздействиях на литосферные плиты в предположении отсутствия граничных напряжений на торцах. Исследование, основанное на применении метода блочного элемента, выполненное в настоящей работе, направлено на построение более сложной модели в предположении присутствия на торцах плит, т.е. торцевых границах разломов, напряжений - перерезывающих сил и изгибающих моментов. Построены соотношения, позволяющие учитывать присутствие различных вариантов указанных граничных условий на берегах разломов и выяснено их влияние на возможность возникновения землетрясения
Бесплатно
