Разрушение сплошных сред при высокочастотном вибрационном воздействии

• Автор: Волков, Григорий Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 79 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Методы исследования

Практическая ценность

Апробация работы

Публикации

РАЗРУШЕНИЕ СПЛОШНЫХ СРЕД В РЕЗУЛЬТАТЕ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ

Кавитация в жидкостях

Оптимизация энергии разрушения

Вибрационная обработка металлов

ГЛАВА 1. ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ НАГРУЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
Акустическая кавитация жидкостей, кавитация морской воды
Акустическая кавитация криогенных жидкостей
Выводы
ГЛАВА 2. МИНИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГИИ РАЗРУШАЮЩЕГО ИМПУЛЬСА ПРИ КОНТАКТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Определение пороговых амплитуд при заданных длительностях
импульса разрушения
Решение модельной задачи
Выводы
ГЛАВА 3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ВИБРАЦИОННОГО РЕЗАНИЯ
Введение
Экспериментальные исследования процессов, происходящих при
вибрационном резании
Анализ процесса вибрационной резки
Анализ влияния температуры на затраты энергии, необходимой для
разрушения при контактном взаимодействии
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Прогнозирование прочности материалов и конструкций при динамическом нагружении представляет большой интерес в различных технических и производственных сферах. Некоторые материалы, выдерживающие большие статические нагрузки, при высокоскоростном воздействии могут уступать в прочности материалам не столь устойчивым к статическому воздействию. Поэтому знание такого рода особенностей поведения материалов позволяет оптимизировать некоторые производственные и строительные технологии. Однако, часто при расчете прочности конструкций или разработке технологических процессов, например различных способов обработки, пользуются статическими критериями прочности, применение которых в принципе не позволяет учесть вышеуказанные свойства материалов. Подход, базирующийся на критерии инкубационного времени, позволяет достаточно хорошо предсказывать поведение сплошной среды, как при статическом, так и динамическом нагружении. Кроме того, этот подход даёт возможность получать аналитические решения, описывающие прочностные свойства материалов сред, при различных видах нагружения. В настоящее время одним из основных способов прогнозирования поведения сплошных сред при динамическом нагружении является численное моделирование, часто совместно с использованием метода конечных элементов. Так можно получить решения для широкого класса задач. Однако, и при таком подходе необходимо формулировать те или иные законы, определяющие развитие деформации и разрушение. Вместе с тем отсутствие аналитического решения затрудняет подбор значений материальных констант, что, в свою очередь, усложняет верификацию определяющих

соотношений. Напротив, наличие аналитического решения, позволяет указать процедуру нахождения материальных констант и создать инженерные методы расчёта прочности. Стоит также отметить, что обычно численными методами решается только прямая задача, то есть задаются условия деформирования, для которых измеряются поля напряжений и деформаций. Такого вида решения не дают возможности осмысленно менять начальные условия процесса нагружения, в целях оптимизации конструкции или технологического процесса.
Широкую популярность в промышленности получил метод обработки материалов, когда на кромку режущего инструмента дополнительно подают ультразвуковые колебания килогерцового диапазона. Такой вид обработки применяется в совершенно различных областях: при точении металлов и сплавов, обработке древесины, резке тканей. Существуют также «ультразвуковые» скальпели и даже ножи для пищевых продуктов. Для изучения данного технологического процесса широко применяется метод конечных элементов, используются модели, основанные на явлении резонанса. Однако, правильное и обладающее предсказательной силой описание влияние ультразвуковых колебаний на процесс резания может быть дано только при учёте временных характеристик разрушения, таких как его инкубационное время. Аналитическая модель, описывающая эффекты вибрационного разрушения с этих позиций, разрабатывается в данной работе.
Целью работы является применение критерия инкубационного времени для прогнозирования прочности различных сплошных сред при высокоскоростном периодическом воздействии. С помощью этого подхода решаются следующие конкретные задачи.
1) Вычисление кавитационной прочности дегазированной и морской воды при различных частотах акустической волны воздействия;

где Ро — давление в жидкости.
Для молярного объема V уравнение Ван-дер-Ваальса имеет вид:
где К = 8.31'
(1.10)
универсальная газовая
постоянная, А и В - некоторые постоянные величины, которые имеют вполне определенный физический смысл. Константа В учитывает собственный объем молекул в одном моль вещества и связана с молярным объемом в критической точке соотношением (1.11).
Пользуясь кинетической теорией газов, можно показать [7], что постоянная В равна учетверенному собственному объему всех молекул, содержащихся в одном моль вещества. Однако при применении интерполяционного уравнения Ван-дер-Ваальса следует брать значение В из опытных данных. Постоянная А учитывает уменьшение давления на стенках сосудов, из-за того, что силы взаимодействия между молекулами вещества больше, чем силы взаимодействия между граничными молекулами и стенками сосудов. Следовательно, постоянная А учитывает капиллярные силы. Для азота экспериментальные значения константы
функциональную зависимость давления от температуры. Тогда, подставив
V =3 В

(1.11)
водорода
При постоянном молярном объеме V уравнение (1.10) задает