Механические аспекты формирования мезоскопического деформационного рельефа на поверхности нагруженных поликристаллов

• Автор: Зиновьева, Ольга Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Формирование деформационного рельефа на поверхности нагруженных материалов (обзор)
1.1 Поверхностный слой в деформируемом твердом теле
1.2 Формирование поверхностного деформационного рельефа в нагруженных материалах
1.3 Модели, применяемые для исследования деформационного рельефа
1.4 Факторы, оказывающие влияние на деформационный рельеф поверхности
2. Моделирование деформационных процессов в материалах со структурой на основе подхода механики сплошных сред
2.1 Общая система уравнений механики сплошных сред для случая многомерных течений
2.2 Особенности конечно-разностного представления в случае трех пространственных переменных
2.3 Модели феноменологической и физической теорий пластичности
2.3.1 Феноменологические теории пластического течения
2.3.2 Физические теории пластического течения
2.4 Генерация трехмерных поликристаллических структур
2.4.1 Основные методы генерации
2.4.2 Общая схема метода пошагового заполнения
3. Формирование мезоскопического деформационного рельефа на поверхности нагруженных поликристаллов в условиях одноосного растяжения
3.1 Моделирование одноосного нагружения трехмерных поликристаллов с периодической структурой
3.1.1 Генерация периодических поликристаллических структур методом пошагового заполнения
3.1.2 Модель механического отклика зерен
3.1.3 Условия нагружения

3.1.4 Тестирование модели
3.1.5 Определение оптимальной толщины модели
3.2 Особенности напряженно-деформированного состояния в приповерхностных слоях и в объеме нагруженных поликристаллов и роль границ раздела в формировании деформационного рельефа
3.3 Эволюция деформационного рельефа на поверхности образцов в условиях одноосного растяжения
3.4 Влияние формы зерен на эволюцию напряженно-деформированного состояния в приповерхностных слоях и в объеме модельных поликристаллов.
3.5 Численное исследование возникновения рельефных образований на поверхности нагруженного материала на примере модельной системы «матрица - включение»
3.5.1 Модель материала и граничные условия
3.5.2 Анализ и обсуждение результатов
4. Особенности формирования деформационного рельефа в образцах с модифицированным поверхностным слоем
4.1 Экспериментальные данные по исследованию морфологических изменений поверхности стальных образцов в условиях одноосного растяжения
4.2 Структурно-механическая модель поликристаллического материала с модифицированным поверхностным слоем
4.3 Влияние микроструктуры и модифицированного поверхностного слоя на характеристики деформационного рельефа
4.4 Численный и статистический анализ влияния размера зерна на характеристики деформационного рельефа
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Поверхность материалов является объектом исследования физиков, механиков и материаловедов на протяжении многих десятилетий. Еше в двадцатых годах прошлого столетия академиком А.Ф. Иоффе был выполнен цикл работ по изучению влияния поверхностных слоев твердых тел на их механические свойства. В настоящее время накоплен большой экспериментальный материал по тематике влияния поверхности на физико-механические свойства металлов и сплавов и их деформационный отклик. Значительный вклад в развитие данного направления исследований внесли работы В.П. Алехина, А.Я. Беленького. В.И. Веттегреня, М.А. Васильева, А. Зангвилла, Л.Г. Орлова и др. Представления о поверхностных слоях нагруженных твердых тел, как о самостоятельной функциональной подсистеме, получили существенное развитие в работах академика В.Е. Панина и его научной школы [84-89, 91, 94, 125].
С появлением экспериментальных методик нового поколения, позволяющих сканировать протяженные области поверхности и фактически получать трехмерный рельеф с различным разрешением, был выявлен целый спектр новых явлений, развивающихся на поверхности нагруженных твердых тел на мезоуровне. Это послужило толчком для развития принципиально новых представлений о поверхности и ее роли в деформационных процессах.
Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования показали, что в процессе нагружения на изначально плоской поверхности материала, свободной от воздействия внешних сил, возникают рельефные образования различной формы и масштаба (см., например, [84-89, 91, 92, 9-1, 125, 146, 147, 149, 150, 155-158, 162, 163, 170, 174, 183-188, 191, 193, 196, 198, 201,203-205,207-209, 212, 215, 216, 218, 222-224, 227-232, 234-242]). Особую роль играет эволюция поверхности на мезоуровне, где деформационный рельеф формируется в виде гофра, двойных и одинарных спиралей, шахматного распределения областей экструзии и интрузии.
на примере композиционного материала карбид вольфрама - железомарганцевая сталь 80Г4 экспериментально было показано, что существует однозначная корреляция между рельефными образованиями на поверхности и их фрактальной размерностью. Продемонстрировано, что фрактальная размерность деформационного рельефа связана с микроструктурными параметрами. Данные исследования были продолжены авторами в работе [105]. Ими было показано, что в процессе нагружения материала фрактальная размерность линейно растет с увеличением остаточной деформации, а в зависимости от напряжения ее изменения немонотонны. В работе A.A. Демченко [24] разработаны оригинальные методики вычисления фрактальной размерности параметров рельефа поверхности стали. Кроме того, автором представлен новый подход к оценке степени поврежденное конструкции, работающей в условиях малоцикловой усталости. Предложенный подход базируется на анализе параметров деформационного рельефа поверхности, включая фрактальный анализ.
Известно, что анализ изменения топологии поверхности позволяет получить информацию о механическом состоянии материала и следить за эволюцией НДС [61]. Для этого используется ряд алгоритмов, с помощью которых можно оценить смещения участков поверхности материала. Так, Н.И. Ксеневым и коллегами [61] были рассмотрены алгоритмы построения векторов смещений, используемых для расчета компонент деформации впоследствии. Некоторые из таких алгоритмов были апробированы в работах [67, 90]. Для анализа деформационного поведения поверхности авторами [73] представлен новый автоматизированный метод сеток на основе обработки цифровых изображений.
В заключение следует отметить, что к настоящему времени отечественная и зарубежная литература по тематике деформационного рельефа поверхности материалов насчитывает уже сотни наименований за последние 3-4 десятилетия. Представленный обзор может быть использован для подбора и изучения литературы по тематике, а также для оценки новизны выбранной темы.