Моделирование разрушения материалов с высокой и низкой степенью анизотропии механических свойств

• Автор: Туч, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 180 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИКИ АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД (обзор)
1.1 Анизотропия механических характеристик материалов
1.2 Симметрия свойств анизотропных материалов
1.3 Факторы, оказывающие влияние на проявление анизотропии
1.4 Анизотропия динамических характеристик
1.5 Критерии предельного состояния анизотропных сред
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД
2.1. Основные уравнения математической модели
2.2. Модель деформирования анизотропного материала
2.3. Упруго пластическая модель поведения изотропных материалов
2.4. Постановка задачи
2.5. Численный метод расчета
2.6. Тестовые исследования
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСРЕДНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
3.1. Усреднение механических свойств материалов, характеризующихся высокой степенью анизотропии
3.2. Разрушение преград, выполненных из материалов, имеющих высокую степень анизотропии механических свойств
4 УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ АНИЗОТРОПНЫХ МЕТАЛЛОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
4.1. Особенности деформирования преград, имеющих сниженные механические свойства в высотном направлении
4.2. Усреднение механических свойств материалов, характеризующихся низкой степенью анизотропии
4.3. Влияние направления механических свойств анизотропных материалов в преграде на ее деформирование и разрушение.
5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДЕФОРМИРОВАНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ ПРЕГРАД ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КРИТЕРИЕВ РАЗРУШЕНИЯ ДЛЯ
ИЗОТРОПНЫХ И АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Создание надежных, прочных конструкций, работающих в условиях постоянных физических и химических воздействий, является на сегодняшний день наиболее актуальной научно-технической задачей. Для ее решения созданы различные численные методики по прогнозированию прочности и долговечности конструкций. Как правило, после обработки, в результате пластической деформации в материале будущей детали возникает анизотропия механических свойств. Даже незначительные отличия в свойствах в разных направлениях из-за концентрации напряжений могут влиять на напряженно-деформированное состояние материала при определенных видах нагружения. При этом стандартными испытаниями предусмотрено определение прочностных характеристик в каком-либо одном направлении материала будущей детали, по которому судят обо всей прочности детали. Однако известно, что рабочие нагрузки очень часто прикладываются в совершенно других направлениях деталей, в которых механические свойства этих деталей не определялись. Следовательно, исследование анизотропии механических характеристик материалов позволит точнее прогнозировать поведение деталей в узлах и конструкциях, повысив этим их эксплуатационную возможность и увеличить долговечность деталей. Анизотропию металлических материалов часто используют для элементов, подвергаемых одноосному растяжению в- направлении наибольшего сопротивления: тросов, тяг, болтов, шпилек и других изделий, не имеющих надрезов. Регулируя степень анизотропии можно повысить технические характеристики материала в нужном направлении. Например, использование анизотропии механических свойств в титановых сосудах, работающих под внутренним давлением, по-

ся на два этапа: зарождение трещины и ее распространение. В 1920 году А.А. Гриффитсом был предложен энергетический критерий разрушения. Предполагается, что есть идеально упругий материал с начальным разрезом; Чтобы этот разрез стал распространяться, увеличивая свою поверхность, требуется израсходовать энергию, равную по величине работе, которую нужно совершить, чтобы обеспечить целостность материала перед кромкой разреза. Эта работа (со знаком минус) - работа разрушения. Одновременно с образованием новой поверхности, свободной от нагрузок, в некотором объеме тела уменьшается деформация, что ведет к соответствующему выделению из тела упругой энергии.
Е.О. Орован и Дж.Р. Ирвин создали концепцию квазихрупкого разрушения. В основе ее лежало допущение о том, что, если линейные размеры объемов (пластически деформированных) материала малы сравнительно с длиной трещины, то поток упругой энергии можно вычислить, затрату энергии на разрушение отнести к работе пластических деформаций.
Данные критерии относятся к линейной механике разрушения [43]. В них предполагается, что трещина распространяется линейно, однако это не всегда верно.
Вышеперечисленные критерии предложены для динамики разрушения и описывают зарождение, рост и распространение трещины. Однако существует еще множество статических критериев разрушения, в которых разрушение рассматривается как мгновенный процесс.
При изучении свойств анизотропных материалов обычно применяется феноменологический подход. При таком подходе материалы рассматрива-