Deformation processes of elastoplastic material with defects under electrodynamic loading

Abstract


The processes occurring in the metallic samples under the impact of electrical current of high density are considered. The processes occurring in the vicinity of microdefects in the form of flat cracks under the action of electric current are studied. The dynamic problem is solved numerically for a representative element of the material with crack. The problem is solved in two stages using finite elements method. At the first stage, we have studied the thermal electrodynamic problem in order to obtain the temperature distribution and the regions of phase transformations in the material. Regions of the phase transformations (melting and evaporation of the material) are cross-calculated without the explicit allocation of the phase boundaries. At the second stage, we have solved a coupled unsteady thermomechanical problem of deformation of the heated elastoplastic sample taking account of the initial temperature field distribution in the material obtained at the first stage at different moments of time. Additionally, quasistatic thermomechanical problem was solved in order to obtain the displacement field (residual strain) after temperature equalization in the material. The influence of the size and orientation of microcracks on the localization of the electromagnetic field in the region of the defect is examined. The calculations on the base of the proposed model show that the current density at the tips of the microcracks may by an order exceed the current density applied to the sample. Numerical modelling has shown, that large gradients of electromagnetic field and current arise in the vicinity of the microdefects,, which leads to intensive heating, melting and evaporation of the metal in the tips of the microcracks. The melted material flows into the microcrack under the action of thermal stresses. At the same time the metal starts to evaporate. The shores of the microcracks converge. All these processes lead to a "healing" of defects.

About the authors

K V Kukudzhanov

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS

A L Levitin

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS

References

  1. Спицын В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металлов. - М.: Наука, 1985. - 160 с.
  2. Пластичность и прочность металлических материалов с учетом импульсного воздействия высокоэнергетического электромагнитного поля / Н.Н. Беклемишев, В.Н. Кукуджанов, В.А. Порохов [и др.]: препринт № 372 / Ин-т прикл. мат. АН СССР. - М., 1989. - 56 с.
  3. Беклемишев Н.Н., Корягин Н.И., Шапиро Г.С. Влияние локально-неоднородного импульсного электрического поля на пластичность и прочность проводящих материалов // Изв. АН СССР. Металлы. - 1984. - № 4. - С. 184-187.
  4. Кравченко В.Я. Воздействие направленного потока электронов на движущиеся дислокации // Журн. эксперимент. и теор. физики. - 1966. - Т. 51. - С. 1676-1681.
  5. Климов К.М., Новиков И.И. Влияние градиента температуры и электрического тока высокой плотности на пластическую деформацию при растяжении металлических проволок // Изв. АН СССР. Металлы. - 1978. - № 6. - С. 175-179.
  6. Финкель В.М., Головин Ю.И., Слетков А.А. О возможности торможения быстрых трещин импульсами тока // Докл. АН СССР. - 1976. - Т. 227, № 4. - С. 848-851.
  7. Conrad H. Electroplasticity in metals and ceramics // Materials Science and Engineering: A. - 2000. - Vol. 287. - No. 2. - Р. 276-287. doi: 10.1016/S0921-5093(00)00786-3
  8. Степанов Г.В., Бабуцкий А.И., Мамеев И.А. Нестационарное напряженно-деформированное состояние в длинном стержне, вызванное импульсом электрического тока высокой плотности // Пробл. прочности. - 2004. - № 4. - С. 60-67. doi: 10.1023/B:STOM.0000041538.10830.34
  9. Дубинко В.И., Клепиков В.Ф. Кинетический механизм электропластичности металлов // Изв. РАН. Серия физическая. - 2008. - Т. 72, № 9. - С. 1257-1258. doi: 10.3103/S1062873808090037
  10. Сташенко В.И., Троицкий О.А., Новикова Н.Н. Электропластическое волочение чугунной проволоки // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2009. - № 2. - С. 85-88. doi: 10.3103/S1052618809020149
  11. Троицкий О.А. Электропластический эффект в процессах обработки металлов давлением // Металлургия машиностроения. - 2010. - № 4. - С. 45-48.
  12. Салганик Р.Л. Термоупругое равновесие тела с трещинами при разогреве, вызванном пропусканием тока перпендикулярно трещинам // Изв. АН СССР. МТТ. - 1978. - № 5. - С. 141-152.
  13. Салганик Р.Л. Разогрев материала с эллипсоидальной неоднородностью вследствие электрических потерь // Изв. АН СССР. МТТ. - 1980. - № 6. - С. 98-109.
  14. Клюшников В.Д., Овчинников И.В. Плоская задача о воздействии мгновенного точечного источника тепла // Изв. АН СССР. МТТ. - 1988. - № 4. - С. 118-122.
  15. Овчинников И.В. Влияние воздействия электротока на пластичность металлов: дис. … канд. физ.-мат. наук. - М., 1969. - 123 с.
  16. Кукуджанов В.Н., Беклемишев Н.Н., Порохов В.А. Квазистатическое одноосное разупрочнение некоторых металлических материалов в условиях жесткого закрепления под действием электромагнитного поля // Вестник Нижегородского университета им. Лобачевского. Механика. - 2003. - Вып. 1(5). - С. 129-141.
  17. Кукуджанов В.Н., Порохов В.А. Некоторые особенности влияния импульсов тока на пластичность металлов при высоких скоростях деформации // Проблемы прочности и пластичности. - 2005. - Вып. 67. - С. 132-142.
  18. Кукуджанов В.Н., Коломиец-Романенко А.В. Исследование влияния динамического воздействия электрического тока на механические свойства материалов с упорядоченной структурой дефектов // Изв. РАН. МТТ. - 2010. - № 3. - С. 188-199. doi: 10.3103/S0025654410030167
  19. Кукуджанов В.Н., Коломиец-Романенко А.В. Модель термоэлектропластичности изменения механических свойств металлов на основе реорганизации структуры дефектов под воздействием импульсного электрического тока // Изв. РАН. МТТ. -2011. - № 6. - С. 6-21. doi: 10.3103/S0025654411060021
  20. Коломиец А.В., Кукуджанов В.Н., Кукуджанов К.В. О переходе неоднородных упругопластических материалов с дефектами в макроразрушенное состояние: препринт № 1053 / Ин-т проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН. - М., 2013. - 42 с.
  21. Моделирование неупругого разрушения неоднородных материалов при электродинамическом и термомеханическом воздействиях: препринт № 1054 / А.В. Коломиец, В.Н. Кукуджанов, К.В. Кукуджанов, А.Л. Левитин // Ин-т проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН. - М., 2013. - 35 с.
  22. Enhancement of ductility, weakening of anisotropy behavior and local recrystallization in cold-rolled Ti-6Al-4V alloy strips by high-density electropulsing treatment / Xiaoxin Ye, Yanyang Yang, Guolin Song, Guoyi Tang // Appl. Phys. A., 2014, vol. 117, no. 4, pp. 2251-2264. doi: 10.1007/s00339-014-8655-1
  23. Effect of Electric Current Density on the Mechanical Property of Advanced High Strength Steels under Quasi-Static Tensile Loads / Min-Sung Kim, Nguyen Thai Vinh, Hyeong-Ho Yu, Sung-Tae Hong, Hyun-Woo Lee, Moon-Jo Kim, Heung Nam Han, and John T. Roth. // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. - 2014. - Vol. 15. - No. 6. - Р. 1207-1213. doi: 10.1007/s12541-014-0458-y
  24. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов / Владимир гос. ун-т. - Владимир, 2000. - 260 с.
  25. Пикунов М.В. Металлургия расплавов: курс лекций / Моск. ин-т стали и сплавов. - М., 2005. - 286 с.
  26. Пикунов М.В. Плавка металлов. Кристаллизация сплавов. Затвердевание отливок / Моск. ин-т стали и сплавов. - М., 1997. - 374 с.

Statistics

Views

Abstract - 24

PDF (Russian) - 26

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2015 Kukudzhanov K.V., Levitin A.L.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies