Двухуровневая модель поведения сталей при термомеханических воздействиях с учетом фазовых превращений

• Автор: Исупова, Ирина Леонидовна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание

Сокращения и основные обозначения

Введение
1. Подходы и методы исследования поведения сталей при термомеханических воздействиях
1.1. Обзор результатов экспериментальных исследований превращения ау-стенита при охлаждении
1.2. Существующие модели для описания поведения сталей при термомеханических нагружениях с учетом фазовых превращений
1.3. Построение конститутивных моделей материалов с использованием внутренних переменных
2. Двухуровневая модель для описания поведения сталей при термомеханических нагружениях с учетом фазовых превращений

2.1. Структура двухуровневой модели

2.2. Математическая постановка задачи

2.2.1. Постановка задачи на макроуровне
2.2.2. Определение напряженно-деформированного состояния. Постановка задачи на макроуровне II
2.2.3. Определение напряженно-деформированного состояния и фазового состава. Постановка задачи на мезоуровне
2.2.4. Постановка задачи теплопроводности для представительного макрообъема
2.2.5. Постановка задачи диффузии для представительного макрообъема
2.3. Согласование соотношений моделей различных масштабных уровней
2.3.1. Согласование для задачи определения напряженно-деформированного состояния
2.3.2. Согласование для задачи теплопроводности
3. Кинетическое уравнение для определения объемных долей сосуществующих фаз
3.1. Вывод кинетического уравнения для определения изменения объемной доли в рамках термодинамики необратимых процессов
3.2. Определение свободной энергии многофазной системы
4. Алгоритм реализации модели
4.1. Общая структура алгоритма реализации двухуровневой модели
4.2. Алгоритм решения задачи теплопроводности для представительного объема макроуровня
4.3. Алгоритм решения задачи диффузии для представительного объема макроуровня
4.4. Определение фазового состава и напряженно-деформированного состояния на мезоуровне
5. Анализ результатов вычислительных экспериментов с использованием двухуровневой модели
5.1. Идентификация и верификация модели на примере мартенситного превращения при деформировании стали АШ
5.2. Моделирование поведения стали АШ 301 при простом и сложном нагружении с учетом мартенситных превращений
5.3. Моделирование поведения стали с учетом диффузионного ферритного
превращения
Заключение
Литература

СОКРАЩЕНИЯ
ГЦК (решетка) - гранецентрированная кубическая (решетка)
ЛСК - лабораторная система координат (декартова ортогональная система координат единая для всех конфигураций)
МДТТ - механика деформируемого твердого тела МКЭ - метод конечных элементов НДС - напряженно-деформированное состояние ОС - определяющие соотношения
ОЦК (решетка) - объемно-центрированная кубическая (решетка)
ОЦТ (решетка) - объемно-центрированная тетрагональная (решетка)
ПО - представительный объем СК - система координат СС - система скольжения

2. Двухуровневая модель для описания поведения сталей при термомеханических нагружениях с учетом фазовых превращений
2.1. Структура двухуровневой модели
Для построения модели фазовых превращений в сталях используется двухуровневый подход. Основной принцип двухуровневого моделирования состоит в том, что процессы деформирования и фазовых превращений в материале рассматриваются как на макроуровне (так делается обычно в МДТТ), так и на более низких уровнях, для которых механизмы деформирования и фазовых превращений вводятся в рассмотрение явно. В данном случае в рассмотрение вводятся следующие масштабные уровни: уровень конструкции (физического тела), уровень представительного макрообъема и мезоуровень. Отметим, что в дальнейшем уровень физического тела будет обозначаться как макро-1, а уровень представительного макрообъема - макро-П. Элементом мезоуровня является кристаллит (отдельное зерно, субзерно), а ПО макроуровня состоит из множества кристаллитов (зерен). Отметим, что к собственно модели материала относятся только макро-уровень-П и мезоуровень, в связи с чем рассматриваемая конститутивная модель и отнесена к двухуровневым. Для связи различных уровней в структуру ОС на каждом из масштабных уровней вводятся явные внутренние переменные, определяемые из замыкающих уравнений, описывающих процессы деформирования и фазовых превращений на более глубоких масштабных уровнях по отношению к рассматриваемому.
Возможность протекания тех или иных фазовых превращений и их кинетика зависят как от состава стали, так и от параметров термомеханических воздействий на макроуровне, таких как температура, условия нагрева, длительность выдержки, скорость охлаждения, механическая нагрузка и т. п. Как показывают многочисленные экспериментальные исследования, фазовые превращения являются причиной появления в материале определенного набора физических и механических свойств, которые в значительной степени зависят от микроструктуры материала,