Экспериментально-теоретические исследования процессов вязкопластического деформирования конструкционных сталей с учетом взаимного влияния эффектов пластичности и ползучести

  • Авторы: Волков ИА1, Волков АИ1, Казаков ДА2, Коротких ЮГ1, Тарасов ИС1
  • Учреждения:
    1. Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород, Россия
    2. Научно-исследовательский институт механики ННГУ им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
  • Выпуск: № 1 (2014)
  • Страницы: 76-107
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://ered.pstu.ru/index.php/mechanics/article/view/358
  • DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2014.1.76-107
  • Цитировать

Аннотация


Развита математическая модель неупругого деформирования конструкционных сталей, описывающая процессы термовязкопластического деформирования с учетом взаимного влияния эффектов пластичности и ползучести. Разработан алгоритм интегрирования определяющих соотношений термовязкопластичности, заключающийся в формулировке определяющих соотношений в приращениях, зависящих от выбранного шага по времени. При прохождении сложных участков траектории деформирования временной шаг может корректироваться в течение всего расчетного времени процесса при условии устойчивости вычислений. Напряжения, пластические деформации и деформации ползучести определяются интегрированием определяющих соотношений термоползучести методом Рунге-Кутта с коррекцией девиатора напряжений и последующим определением напряжений согласно уравнениям термопластичности с учетом средней деформации ползучести в каждый следующий момент времени. Проведены экспериментальные исследования взаимного влияния процессов ползучести, пластичности и эффектов высокотемпературных выдержек на примере стали 12Х18Н9. Методом численного моделирования на ЭВМ кинетики напряженно-деформированного состояния (НДС) лабораторных образцов и сравнения полученных результатов с данными натурных экспериментов проведена аттестация развитой модели термовязкопластичности и алгоритма интегрирования определяющих соотношений, позволившая сделать вывод о достоверности модельных представлений и методики определения материальных параметров при совместном действии механизмов усталости и ползучести. Проведено сравнение результатов численного и натурного экспериментов по растяжению лабораторных образцов из стали 12Х18Н9 при различных историях изменения температуры и механической деформации. Показано, что развитая модель термовязкопластичности качественно и количественно описывает основные эффекты неупругого деформирования конструкционных сталей при различных историях изменения механической деформации и температуры. Сделан вывод о достоверности определяющих соотношений термовязкопластичности и точности вышеописанной методики интегрирования.

Об авторах

И А Волков

Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород, Россия

Email: pmptmvgavt@yandex.ru
603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной математики и подъемно-транспортных машин Волжской государственной академии водного транспорта

А И Волков

Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород, Россия

Email: pmptmvgavt@yandex.ru
603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а магистрант кафедры прикладной математики и подъемно-транспортных машин Волжской государственной академии водного транспорта

Д А Казаков

Научно-исследовательский институт механики ННГУ им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия

Email: pmptmvgavt@yandex.ru
603022, Россия, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 6 доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией НИИ Механики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Ю Г Коротких

Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород, Россия

Email: pmptmvgavt@yandex.ru
603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры Волжской государственной академии водного транспорта

И С Тарасов

Волжская государственная академия водного транспорта, Нижний Новгород, Россия

Email: pmptmvgavt@yandex.ru
603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией кафедры прикладной математики и подъемно-транспортных машин Волжской государственной академии водного транспорта

Список литературы

  1. Митенков Ф.М., Кайдалов В.Б., Коротких Ю.Г. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок. - М.: Машиностроение, 2007. - 448 с.
  2. Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. - М.: Физматлит, 2008. - 424 с.
  3. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. - М.: Мир, 1984. - 624 с.
  4. Гомюк, Бью Куок Т. Расчет долговечности коррозионностойкой стали 304 в условиях взаимодействия усталости и ползучести с использованием теории непрерывного повреждения // Труды Амер. о-ва инж.-мех. Сер. Д. Теорет. основы инж. расчетов. - 1986. - Т. 108, № 3. - С. 111-136.
  5. Гомюк, Бью Куок Т., Бирон А. Изучение поведения стали 316 при нагружениях по схемам усталости, ползучести и совместного действия усталости и ползучести // Современное машиноведение. - 1991. - № 1. - С. 14-23.
  6. Казанцев А.Г. Исследование взаимодействия малоцикловой усталости и ползучести при неизотермическом нагружении // Проблемы прочности. - 1985. - № 5. - С. 25-31.
  7. Ле Мэй. Развитие параметрических методов обработки результатов испытаний на ползучесть и длительную прочность // Труды Амер. о-ва инж.-мех. Сер. Д. Теорет. основы инж. расчетов. - 1979. - Т. 101, № 4. -С. 19-24.
  8. Мэнсон, Энсайн. Успехи за последнюю четверть века в развитии методов корреляции и экстраполяции результатов испытаний на длительную прочность // Труды Амер. о-ва инж.-мех. Сер. Д. Теорет. основы инж. расчетов. - 1979. - Т. 101, № 4. - С. 9-18.
  9. Numerical modeling of elastoplastic deformation and damage accumulation in metals under low-cycle fatigue conditions / I.A. Volkov, Yu.G. Korotkikh, I.S. Tarasov and D.N. Shishulin // J. Strength of Materials. - 2011. - Vol. 43. - No. 4. - P. 471-485.
  10. Модель поврежденной среды для оценки ресурсных характеристик конструкционных сталей при механизмах исчерпания, сочетающих усталость и ползучесть материала / И.А. Волков, А.И. Волков, Ю.Г. Коротких, И.С. Тарасов // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2013. - Т. 6, № 2. - С. 232-245.
  11. Волков И.А., Казаков Д.А., Коротких Ю.Г., Экспериментально-теоретические методики определения параметров уравнений механики поврежденной среды при усталости и ползучести // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Механика. - 2012. − № 2. − С. 50−78.
  12. Казаков Д.А. Экспериментально-теоретическое исследование вязкопластического деформирования сталей в области повышенных температур и скоростей деформаций до 10-2 с-1 // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Алгоритмизация и автоматизация решения задач упругости и пластичности: Всесоюз. межвуз. сб. Горьковского ун-та. - Горький, 1985. - С. 89-97.
  13. Ползучесть цинка при теплосменах / В.А. Лихачев, Г.А. Малыгин [и др.] // Физика металлов и металловедение. - 1963. - Т. 16. - Вып. 6.
  14. Теория ползучести и длительной прочности металлов / И.А. Одинг, В.С. Иванова, В.В. Бурдукский, В.Н. Геминов. - М.: Металлургия, 1959. - 488 с.
  15. Можаровская Т.Н. Программа и методика исследования ползучести и длительной прочности материалов с учетом вида девиатора напряжений и истории нагружения // Проблемы прочности. - 1984. - № 11. - С. 83-88.
  16. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. - М.: Наука, 1966. - 752 с.
  17. Chaboche J.L. Constitutive equation for cyclic plasticity and cyclic viscoplasticity // Inter. J. of Plasticity. - 1989. - Vol. 5. - No. 3. - P. 247-302.
  18. Benallal A., Marquis D. Constitutive Equations for Nonproportional Cyclic Elasto-Viscoplasticity // Journal of Engineering Materials and Technology. - 1987. - Vol. 109. - P. 326-337.
  19. Lemaitre J. Damage modelling for prediction of plastic or creep fatigue failure in structures // Trans. 5th Int. Conf. SMRiT, North Holland, 1979. No. L5/1b.
  20. Murakami S., Imaizumi T. Mechanical description of creep damage and its experimental verification // J. Mec. Theor. Appl. - 1982. - No. 1. - P. 743-761.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 157

Cited-By


PlumX


© Волков И.А., Волков А.И., Казаков Д.А., Коротких Ю.Г., Тарасов И.С., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах