The paper considers a complex experimental and theoretical approach to studying high-speed deformation of structural materials including a system of basic dynamic experiments aimed at determining the strength and deformation properties of materials under various types of stresses, a program for direct parametric identification of models of deformation and fracture, as well as a system of special verification experiments in the natural and numerical realizations, which makes it possible to assess the adequacy of the model obtained and its performance in conditions other than those in which it was received. To obtain a set of mechanical strength and deformation properties of materials under compression, tension or shear, a series of basic experiments was carried out on an installation that implements the Kolsky method using sets of split Hopkinson bar of various configurations. According to the results of these experiments, together with the data of static deformation, the parameters of the Johnson-Cook model of plasticity with various versions of the model factor responsible for the influence of the strain rate were identified. To test the adequacy of the model (verification), special test experiments have been developed that are simple enough, on the one hand, and allow an unambiguous interpretation of the results and numerical reproduction without simplifications, whilst, on the other hand, the stress state in these types of tests, as well as the history of changes in the loading parameters, differs from that in basic experiments. The chain of obtaining an adequate (verified) model of deformation and fracture used in software complexes for calculating the stress-strain state and the strength of critical structures under shock loading conditions is considered in the example of steel 3.

Работа направлена на решение задачи теории неустановившихся температурных напряжений, моделирующей операцию сборки двухслойной упругопластической трубы способом горячей посадки (задача Гадолина). Условие пластического течения принимается в форме кусочно-линейного условия максимальных приведенных напряжений (условие Ишлинского - Ивлева) с пределом текучести, параболически зависящим от температуры. Показано, что при решении механической части несвязной задачи теории температурных напряжений расчеты обратимых и необратимых деформаций и напряжений возможно провести численно-аналитически без обращения к приближенным процедурам вычисления и, следовательно, без дискретизации расчетных областей. Рассматривается последовательность возникновения и исчезновения разных областей пластического течения в зависимости от перехода напряженных состояний с одной грани поверхности нагружения (призмы Ивлева) на ее ребро и далее на иную грань при производстве сборки и последующем ее остывании. При разном выборе параметров задачи некоторые из отмеченных пластических областей могут не появляться. Однако других областей пластического течения, изменяя геометрию задачи, свойства материалов сборки и уровень нагрева, получить невозможно. В этом заключается полнота расчетов. Появляются и исчезают только такие пластические области, которые здесь схематически представлены. В отличие от классического случая, заключающегося в равномерном нагреве внешней трубы, в данной статье рассматривается широко используемый на практике случай неравномерного нагрева внешней трубы с внутренней поверхности. При этом рассчитываются, а после учитываются необратимые деформации, зародившиеся в материале трубы до момента посадки. Приводится сравнение распределения остаточных напряжений, полученных при равномерном и не равномерном нагреве внешней трубы.

При исследовании процесса деформирования используются различные акустические эффекты. Акустическая эмиссия наиболее часто упоминается в исследованиях процесса деформирования, а эффекты, связанные с нелинейными свойствами деформируемого металла, являются предметом изучения. Эти свойства реальных твердых тел приводят к нелинейным акустическим эффектам взаимодействия упругих волн, запрещенных теорией упругости однородного изотропного тела. В работе решается практическая задача использования принципов нелинейной акустики при исследовании процесса деформирования образцов сплава АМг61. Для контроля состояния сплава использована поверхностная упругая волна. Процесс распространения упругой волны в деформируемом сплаве АМГ61 в силу нелинейных эффектов сопровождается генерацией удвоенной частоты, как продольной составляющей волны, так и сдвиговой, «запрещенной» уравнениями классической теории упругости. Возбуждение и прием в образцах проводилось пьезоэлектрическими преобразователями (ПЭП). Для возбуждения поверхностной акустической волны (ПАВ) использовался клиновый преобразователь с резонансной частотой 1 МГц, прошедшая ПАВ регистрировалась клиновым преобразователем с резонансной частотой 2 МГц. Обоснована методика контроля нелинейного акустического параметра по отношению амплитуд первой и второй гармоник, измеряемого в течение всего процесса деформирования. Разработано экспериментальное устройство, позволяющее контролировать НАП в процессе изменения структурного состояния металла образца. Приводятся результаты экспериментального исследования нелинейного акустического параметра при деформировании сплава АМг61. Показано, что нелинейный акустический параметр, наравне с активностью акустической эмиссии, чувствителен к смене механизмов эволюции дефектной структуры. Зафиксировано формирование скачка нелинейности в процессе деформирования сплава АМг61, что может свидетельствовать о перестройке структуры металла. Представленные данные демонстрируют увеличение акустической нелинейности в металле на различной стадии деформирования: как на ранних стадиях упругопластического деформирования, так и на стадии предразрушения, что может использоваться в качестве прогностического критерия.

Разработана математическая модель однонаправленного волокнистого полимерного композиционного материала со встроенным в армирующее волокно (нить из элементарных волокон) оптоволоконным датчиком с распределенной брэгговской решеткой с целью диагностирования дефектов пропитки нити - нахождения вероятности дефекта пропитки как относительной длины локальных участков нити без пропитки, т.е. без заполнения связующим пространства между ее элементарными волокнами. Использована методика цифровой обработки спектра отражения по решению интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода с целью нахождения искомой информативной функции плотности распределения осевых деформаций по длине чувствительного участка оптоволоконного датчика. Подход предполагает, что оптоволоконный датчик внедрен в композиционный материал на этапе его изготовления, при этом слабоотражательный характер чувствительного участка оптоволокна позволяет осуществить линейное суммирование коэффициентов отражения от его различных локальных участков вне зависимости от их взаимных расположений. Разработан алгоритм численной обработки функции плотности распределения деформаций для нахождения искомой вероятности наличия дефектов пропитки по длине нити. Выявлено, что функция плотности распределения имеет ярко выраженные информативные импульсы, по расположению и величине которых могут быть найдены искомые значения вероятности наличия дефектов пропитки по длине нити. Представлены результаты диагностирования различных значений искомой вероятности наличия дефекта пропитки нити по результатам численного моделирования измеряемых спектров отражения и искомой функции плотности распределения деформаций по длине чувствительного участка оптоволоконного датчика при различных значениях объемной доли нитей, сочетаниях поперечной и продольной нагрузок представительной области однонаправленного волокнистого композиционного материала в сравнении с графиками для случая без нагрузки.

Углерод образует большое количество аллотропных форм, одной из которых является фуллерен, представляющий собой выпуклый замкнутый многогранник, в вершинах которого находятся атомы углерода. Наиболее распространенным является фуллерен, состоящий из 60 атомов углерода и обозначаемый C60. В свою очередь фуллерены способны агломерировать, образуя молекулярный кристалл - фуллерит. При взаимодействии фуллерита C60 с твердым телом возможно осаждение на поверхности тела как целого фуллерита, так и фуллеренов, его образующих. Процесс взаимодействия в системе фуллерит C60 - подложка твердого тела, далее - система фуллерит - подложка, является многопараметрическим. Так, при моделировании взаимодействия фуллерита с подложкой учитывались: температура системы - 300, 700, 1150 К; скорость движения фуллерита - 0,005; 0,01; 0,02 Å/фс. Кроме того, в проведенном исследовании варьировался угол между вектором скорости фуллерита и нормалью к контактной поверхности подложки, называемый углом «встречи». В качестве подложки твердого тела моделировался кристалл железа Fe(100), как один из наиболее распространенных конструкционных материалов. Фуллерит C60 контактировал с подложкой твердого тела своей гранью. Компьютерное моделирование процесса контакта фуллерита C60 с подложкой было проведено в программном комплексе LAMMPS. Основным результатом данного исследования является определение влияния угла «встречи» фуллерита C60 при контакте с подложкой твердого тела, что существенно дополнит общую картину процесса осаждения фуллеритов C60. В свою очередь это может позволить создавать различные пленки и износостойкие покрытия на поверхности материалов.

В работе представлен алгоритм, основанный на решении задачи о собственных колебаниях, позволяющий находить компоновки электромеханических систем, обеспечивающие наилучшее демпфирование колебаний либо одной заданной моды, либо их совокупности в пределах некоторого непрерывного диапазона частот. Под электромеханической системой понимается упругая конструкция с размещенными на ее поверхности пьезоэлементами, к электродированным поверхностям которых присоединены пассивные электрические цепи. Пьезоэлектрические элементы, зашунтированные электрической цепью, при этом являются устройствами, на которых происходит диссипация энергии, и тем самым осуществляется демпфирование колебаний. Изменение демпфирующих свойств такой системы может быть достигнуто за счет выбора параметров электрической цепи и соответствующего расположения пьезоэлемента, позволяющего обеспечить наибольший отток электрической энергии во внешнюю электрическую цепь. В статье приведена математическая постановка задачи о собственных колебаниях кусочно-однородных электроупругих тел, зашунтированных внешними пассивными электрическими цепями, решением которой являются комплексные собственные частоты колебаний, с действительной частью, представляющей собой частоту, и мнимой - показатель демпфирования колебаний. Предложены методики определения места расположения пьезоэлемента на поверхности конструкции и параметров внешней электрической цепи, шунтирующей пьезоэлемент, на основе полученных при решении задачи о собственных колебаниях значений комплексных собственных частот. Предложенный подход продемонстрирован на примере оболочки в форме полуцилиндра, к поверхности которой присоединен пьезоэлемент в форме сегмента кольца, выполненный из пьезокерамики PZT-4, к электродированным поверхностям которого присоединена последовательная резонансная ( RL- ) электрическая цепь. Поставленная задача решается численно методом конечных элементов с использованием возможностей коммерческого пакета программ ANSYS.

В статье представлен обзор основных моделей механики, которые используются для описания эффектов водородной хрупкости, водородного растрескивания и индуцированного водородом разрушения. Основное внимание уделено моделям, которые применяются для расчета напряженнодеформированного состояния металлических образцов, деталей и узлов машин и имеют потенциал для конкретных инженерных приложений. С механической точки зрения влияние водорода на свойства материалов представляет собой классическую задачу о влиянии малого параметра, так как критические для прочности и пластичности металлов концентрации водорода, как правило, невелики. Подавляющая часть моделей сводит это влияние к перераспределению водорода внутри объема металла и локализации его концентраций в критических зонах разрушения. Авторами выделено четыре основных подхода, которые позволяют учесть влияние малого параметра: усиленная водородом декогезия (HEDE), усиленная водородом локализованная пластичность(HELP), учет дополнительного внутреннего давления, которое создает растворенный в металлах водород, и би-континуальный подход, который учитывает внутреннее давление водорода и ослабление материала в рамках единой модели сплошной среды. Установлены связи между основными подходами. Проведена систематизация публикаций, выделены сходства и различия в описании внутреннего переноса и накопления водорода в металлах. Указано, что самое большое количество публикаций посвящено HEDE-модели, вместе с тем нет опубликованных данных о применении этой модели к реальным задачам инженерной практики, рассматривались только задачи о моделировании результатов механических испытаний цилиндрических и призматиче- ских образцов, с этой точки зрения другие, менее популярные подходы имеют больше практических применений. Основным нерешенным вопросом при верификации всех моделей остается локальная концентрация водорода, которая является источником преждевременного разрушения металлов под нагрузкой. Все методы измерения локальных концентраций являются косвенными. Даже в случае применения тонких физических методов требуется механическая подготовка поверхности, во время которой сохранить естественную, исходную концентрацию водорода невозможно. Отсутствие достоверных данных о распределении концентрации водорода не дает возможности однозначно определить все параметры моделей, что, с одной стороны, позволяет осуществить подгонку к любым экспериментальным данным, с другой - снижает прогностическую инженерную ценность всех моделей, так как при инженерном расчете на прочность недостаточно только качественного соответствия.