Численное решение задач механики неоднородных тел с непрерывным изменением структуры и свойств в ходе интенсивных температурно-силовых воздействий

• Автор: Захаров, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 349 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Связанные задачи механики неоднородных тел с изменяющейся структурой при технологических температурносиловых воздействиях. Состояние вопроса

1.1. Системы компьютерного моделирования процессов

получения и обработки материалов

1.2. Нестационарные температурные задачи

при высокоэнергетических воздействиях

1.3. Математическое моделирование процессов формирования

неоднородной структуры материалов

1.4. Напряжённо-деформированное состояние структурно-

неоднородных тел при интенсивном температурносиловом нагружении
1.5. Цель и задачи исследования. Научная новизна
и практическая ценность
Глава 2. Основные соотношения и методика решения связанных задач термомеханики неоднородных тел
с трансформирующейся структурой
2.1. Постановка задачи. Определяющие уравнения
и специальные условия
2.1.1. Задача термоупругопластичности
2.1.2. Задача теплопроводности
2.1.3. Формирование физической неоднородности
2.1.4. Формирование кристаллической неоднородности
2.1.5. Формирование структурной неоднородности
2.2. Методика решения. Связь задач теплопроводности, расчёта структурной неоднородности и напряжённого состояния
при технологических воздействиях
2.3. Выводы
Глава 3. Моделирование нестационарных тепловых процессов в структурно-неоднородных телах при интенсивных воздействиях
3.1. Распространение тепла при высокоинтенсивных воздействиях
3.2. Зависимость теплофизических коэффициентов от температуры
3.3. Скрытая теплота фазовых превращений
3.4. Постановка задачи и метод решения
3.5. Температурные поля в крупном стальном слитке
в ходе его затвердевания
3.5.1. Постановка и особенности решения задачи
3.5.2. Полученные результаты
3.6. Температурные поля при обработке материалов
концентрированными потоками энергии
3.6.1. Постановка и особенности решения задачи
3.6.2. Полученные результаты
3.7. Выводы
Глава 4. Формирование структурной и физической неоднородности стальных тел при действии нестационарных термо-силовых полей
4.1. Методика решения задачи описания процессов
формирования макроструктуры материала
4.2. Специфика структурных и фазовых превращений стали при
высокоскоростном нагреве и охлаждении
4.3. Математическое моделирование формирования структурнофазовой неоднородности стали
4.3.1. Расчёт критических температур при высокотемпературных воздействиях
4.3.2. Расчётные зависимости при моделировании распада аустенита
в ходе высокотемпературных воздействий
4.3.3. Влияние напряжений на структурные превращения
4.3.4. Результаты расчётов. Верификация модели
4.4. Математическое моделирование формирования
кристаллической неоднородности стали
4.4.1. Условия формирования кристаллических зон
при затвердевании стали
4.4.2. Результаты моделирования кристаллической
неоднородности крупного стального слитка

4.5. Математическое моделирование формирования
физической неоднородности стали
4.5.1. Основные соотношения при описании пористости
и плотности стали при затвердевании
4.5.2. Результаты расчётов. Верификация модели
4.6. Выводы
Глава 5. Решение упруго-пластической задачи при нестационарном температурно-силовом нагружении
и структурных трансформациях
5.1. Постановка задачи и методика расчёта напряжённо-деформированного состояния в неоднородных телах при сложном температурно-силовом нагружении
и трансформациях структуры
5.1.1. Постановка задачи и метод решения
5.1.2. Численная процедура определения области контакта для тел произвольной формы
5.2. Расчёт упругопластических деформаций при сложном температурно-силовом нагружении
5.2.1. Основные соотношения теории течения для метода дополнительных деформаций
5.2.2. Процедура счёта по методу дополнительных деформаций
5.2.3. Пластические свойства стали в различных структурных
состояниях
5.3. Классификация и анализ напряжённых состояний
с использованием безразмерных инвариантных параметров
вида тензора и девиатора напряжений
5.4. Сопоставительный анализ и результаты расчёта напряжённо-деформированного состояния материалов
при высокоэнергетических воздействиях
5.4.1. Расчёт напряжённо-деформированного состояния
крупного стального слитка
5.4.2. Расчёт напряжённо-деформированного состояния
материала при электромеханической обработке
5.5. Выводы

пользуется при расчётном прогнозировании структуры сталей [289], титана [290] и других материалов при воздействии КПЭ.
Известны также исследования в области лазерной термообработки [291-293], индукционной закалки ТВЧ [294], в которых анализ характера изменений структурного и фазового состояния металла в зоне энергетического воздействия проводится исходя из решения задачи диффузии углерода из цементита в феррит и последующей гомогенизации аустенита под действием температурного цикла. Глубина закалки определяется степенью завершённости фазовых превращений для данного состава и исходного состояния металла и зависит от длительности воздействия.
В работах [295-297] развиты феноменологические модели формирования структуры поверхностного слоя при импульсной электромеханической обработке материала, основанные не на решении тепловой задачи, а на математическом описании экспериментальных данных, а также кинематических характеристик процесса упрочнения.
В перечисленных исследованиях не учитывались некоторые существенные особенности структурных превращений, протекающих при действии интенсивных тепловых потоков, такие, как зависимость критической скорости закалки и температуры распада мартенсита от скорости изменения рабочих температур в зоне термического влияния.
При этом можно констатировать факт крайней недостаточности разработок, а также теоретических и практических результатов, основанных на современных представлениях физики металлов, в области изучения структурных состояний, возникающих при закалке сталей КПЭ. Применительно же к электромеханической обработке необходимо говорить о практически полном отсутствии подобных исследований.
Несмотря на сложности математического моделирования процессов формирования температурных и структурных полей в материале при воздействии на него КПЭ (обусловленные многообразием химических связей в твёрдых телах, различием и зависимостью от температуры теплофизических характеристик сосуществующих фаз, отсутствием исчерпывающей информации об особенностях превращений переохлаждённого аустенита при высоких скоростях изменения температуры), практическая важность