Экспериментально-теоретическое исследование процессов упругопластического деформирования элементов конструкций при больших деформациях

• Автор: Жегалов, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
Глава 1. Экспериментально-численные методы построения диаграмм деформирования материалов из стали и сплавов
1.1. Методы измерения полей смещений и деформаций на поверхности деформируемых материалов
1.2. Испытание на растяжение и получение истинных диаграмм деформирования.
1.3. Испытания на твердость и получение истинных диаграмм дефюрмирования
1.4. Задачи о комбинированном нагружении кручением с растяжением
1.5. Математические модели деформирования упругопластических материалов
1.6. Методы численного моделирования процессов деформирования элементов конструкций
1.7. Экспериментально-теоретические методы изучения свойств конструкционных материалов
1.8. Выводы к главе 1
Глава 2. Автоматизированный комплекс измерения деформаций с использованием
средств цифровой фотографии
2.1. Общие положения использования цифровой фотографии для измерения деформаций
2.2. Экспериментальный комплекс
2.3. Програмное обеспечение
2.4. Точность измерения
2.5. Методика проведения эксперимента
2.6. Эксперимент по одноосному растяжению цилиндрической оболочки
2.7. Построение истинных диаграмм деформирования при растяжении цилиндрического стержня
2.8. Исследование процесса деформирования при кручении цилиндрических стержней
2.9. Исследование эффекта Пойтинга при кручении цилиндрических стержней
2.10. Выводы к главе
Глава 3. Экспериментально-расчетный метод получения диаграмм деформирования и
исследования процессов деформирования при кинетическом индентировании упругого шара
в образец - пластину (проба Бринелля)

3.1. Основные положения
3.2. Численное моделирование процессов деформирования при кинетическом индентиров ании
3.3. Деформометр для измерения глубины индентирования
3.4. Эксперимент на растяжение и последующее индентирование на одном образце
3.5. Определение оптимальных размеров образцов
3.6. Построение термомеханической поверхности текучести с использованием прямого метода на растяжение и метода кинетического индентирования
3.7. Испытание двойных образцов на сжатие через индентор с целью экспериментального определения границы пластического поведения материала в месте контакта
3.8. Использование предложенного экспериментально-расчетного метода на примере технологического процесса дорнования толстостенного цилиндра
3.9. Эксперименты индентирования
3.10. Выводы к главе
Глава 4. Экспериментальное и численное исследование параметров напряженно-
деформированного состояния при сложном нагружении растяжением и кручением
4.1. Методика численного решения
4.2. Экспериментальное и численное исследование параметров напряженно-деформированного состояния при сложном нагружении растяжением и кручением
4.2.1. Исследование процесса деформирования при последовательном нагружении кручением и растяжением
4.2.2. Исследование процесса деформирования при последовательном нагружении растяжением и кручением
4.2.3.Численное исследование влияния зависимости изотропной части упрочнения от направления деформирования после точки излома траектории на параметры напряженно-деформированного состояния
4.2.4. Исследование вида разрушения при монотонном и сложном нагружении
4.3. Выводы к главе
Заключение
Список литературы
Введение
Проектирование и прочностной расчет современных деталей и элементов конструкций определяется экстремальными значениями их рабочих параметров в условиях сложного напряженного состояния. Общей тенденцией является повышение надежности и долговечности конструкций. В связи с этим важными задачами являются выявление основных закономерностей процессов деформирования, а также достоверная оценка истории деформирования материала. Кроме этого для прочностных расчетов деталей и элементов конструкций требуются достоверные данные о поведении материала при больших упругопластических деформациях (диаграмма деформирования, предельные деформационные и прочностные характеристики и т.д.). Получение этих характеристик только экспериментальным путем затруднено, так как современные инструментальные средства не позволяют оценить неодноосность и неоднородность напряженно-деформированного состояния (НДС) в лабораторных образцах, влияние краевых эффектов и т.п. В этой связи целесообразно для анализа деформирования и предельных состояний совместно осуществлять физическое и теоретическое исследование. Такой подход предполагает проведение совместного анализа эксперимента и компьютерного моделирования процессов деформирования и разрушения лабораторных образцов или элементов конструкций, и если требуется итерационного уточнения диаграммы деформирования, предельных деформационных и прочностных характеристик материала.
Учитывая вышесказанное, актуальными являются экспериментально-теоретические исследования поведения материалов при больших формоизменениях, развитие экспериментальных методов и методов компьютерного моделирования процессов деформирования и разрушения лабораторных образцов или элементов конструкций и их экспериментальное обоснование.

Проведение классических лабораторных испытаний предусматривают вырезку из деталей стандартных образцов и при необходимости сплошного контроля или малом размере деталей такие испытания практически неосуществимы. Также лабораторные испытания дают усредненные значения механических свойств материала, а в ряде случаев необходимо располагать данными о прочностных свойствах материала детали на конкретных участках ее поверхности, являющихся линиями опасных сечений, в которых действуют наибольшие напряжения в эксплуатационных условиях.
Возможность применения существующих оптических методов ограничена. В основном они применимы в тех случаях, когда необходимо предварительно выявить критические места с тем, чтобы провести дополнительные исследования методами, позволяющими получить количественные выводы. Цифровая фотография и системы машинного зрения используются в основном лишь для контроля геометрических размеров и качества выпускаемых промышленностью продуктов и материалов. Выпускающиеся производителями измерительного оборудования видеоэкстензометры, позволяют регистрировать на поверхности образцов перемещения специально нанесенных оптических меток, что не позволяет в полном объеме контролировать формоизменение, лабораторных образцов и материалов в процессе деформирования. Развитие новых технологий в области цифровой видеотехники позволяет на базе компактной цифровой фотокамеры, совмещенной с персональным компьютером разработать регистрирующую систему - для оценки деформационных характеристик в лабораторном образце или элементе конструкции в процессе их деформирования. А программное обеспечение позволяет производить дистанционную съемку, управлять работой фотокамеры, получать и обрабатывать необходимую экспериментальную информацию в цифровом и графическом виде непосредственно в ходе эксперимента.
Из безобразцовых методов определения свойств упругопластических материалов универсальным методом для получения диаграмм деформирования является кинетическое индентирование шара в исследуемый образец (проба Бринелля). Он относится к методам неразрушающего контроля механических свойств материалов. Определение взаимосвязей между диаграммой деформирования при одноосном растяжении образцов и кривой твердости является актуальной задачей экспериментального-теоретического исследования. Известные методы получения диаграмм деформирования при проведении испытаний на внедрения шара с непрерывной регистрацией сжимающей нагрузки и глубины внедрения позволяют получать механические константы (упругие характеристики, предел текучести, временное сопротивление) с достаточной для расчетов точностью. Но они позволяют