Разработка термомеханической модели поведения металлов и сплавов при фазовом превращении

• Автор: Родикова, Ирина Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление стр.

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.
1. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОМЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ С ФАЗОВЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ.

1.1. Физические процессы и основные эффекты, наблюдаемые при фазовых превращениях

1.2. Природа фазового превращения.

1.2.1. Эффект пластичности превращения

1.2.2. Эффект памяти формы

1.2.3. Сверхупругость.

1.2.4. Обратимая память формы.

1.2.5. Движущая сила превращения

1.3. Анализ существующих математических моделей процессов фазовых превращений.
2. ТЕРМОМЕХАИИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОВЕДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ ФАЗОВОМ ПРЕВРАЩЕНИИ.
2.1. Вывод основных соотношений.
2.2. Анализ кинетики фазовых превращений в сплавах
2.3. Термомеханическая модель фазового превращения, вызванного
напряжением.
3. ОЦЕНКА СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПРИ ФАЗОВОМ ПРЕВРАЩЕНИИ.
3.1. Оценка термомеханических свойств металлов и сплавов при фазовом превращении.
3.1.1. Определение диапазона изменения упругих свойств материала при фазовом превращении.
3.1.2. Определение диапазона изменения теплопроводности материала при фазовом превращении.
3.1.3. Определение диапазона изменения величин температурного коэффициента линейного расширения и теплоемкости материала при фазовом превращении.
3.2. Оценка фазовых свойств материала при фазовом превращении
4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ФАЗОВОМ ПРЕВРАЩЕНИИ.
4.1. Численное моделирование процесса нестационарной теплопроводности с учетом фазового превращения
4.2. Исследование устойчивости используемой разностной схемы
4.3. Численное моделирование напряженнодеформированного состояния равномерно нагретого тела с учетом фазового превращения
4.4. Численное моделирование напряженнодеформированного состояния и процесса нестационарной теплопроводности тела с учетом
фазового превращения
4.5. Численное моделирование фазовой диаграммы объемная доля мартенсита температура. Метод расчета параметра релаксации.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Анализ влияния характера изменения внутреннего параметра состояния на изменение температуры для термически тонкого тела. Метод расчета диапазона изменения термомеханических и фазовых свойств материала при фазовом превращении. Метод численного расчета времени релаксации в кинетических уравнениях определения объемной доли мартенсита в материале. Алгоритм численного исследования термонапряженного и фазового состояния цилиндрического тела с учетом зависимостей термомеханических и фазовых свойств материала от его фазового состояния и температур начала-окончания фазового превращения от напряженного состояния тела. Апробации работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС ) июня 5 июля г. Владимир; Международном симпозиуме «Образование через науку» - мая г. Москва; Международной научной конференции «Ракетно-космическая техника. Фундаментальные и прикладные проблемы механики» 4-6 мая г. Москва. Публикации. Основное содержание работы изложено в трех статьях [,, ] и трех тезисах докладов на конференциях [, , ]. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка использованной литературы, содержащего наименований, и списка основных обозначений и сокращений, используемых в тексте. Общий объем диссертации 9 машинописные страницы, включая рисунка, 2 таблицы. Основное содержание работы. В первой главе дан краткий анализ литературы об особенностях физико-механического поведения материалов при фазовом превращении. В этой главе даны общие сведения и понятия для материалов с мартенситным механизмом неупругости. Дано краткое описание существующих математических моделей процессов фазовых превращений. Во второй главе приведен вывод основных соотношений термомеханической модели поведения металлов и сплавов при фазовом превращении. Проведен анализ численного моделирования кинетики фазовых превращений для термически тонкого тела. В третьей главе предложена схема оценки термоупругих свойств и метод расчета фазовых свойств металлов и сплавов при фазовом превращении. В четвертой главе на основе соотношений полученной термомехаиической модели разработан алгоритм численного анализа термонапряженного и фазового состояния цилиндрического тела, испытывающей как механические (внутренняя поверхность цилиндра жестко закреплена), так и температурные воздействия (нагрев внешней поверхности цилиндра конвективным тепловым потоком). Из анализа результатов сделаны выводы о влиянии характера изменения внутреннего параметра состояния, а также метода расчета термоупругих и фазовых свойств на численное моделирование термонапряженного и фазового состояния материала. Предложен метод расчета времени релаксации. Построена численная модель части фазовой диаграммы (мартенсит-аустенит). Известно, что при закалке стали от высокой температуры (из аустенитной области) происходит повышение ее твердости. После полировки травления в этой стали под микроскопом наблюдается специфическая структура, которую называют мартенситом по имени немецкого исследователя Мартенса, впервые наблюдавшего ее. Эта структура состоит из линзообразных (или пластинчатых) областей, в которых произошла перестройка атомов в кристаллических зернах аустенита из г. Продукты превращения называют мартенситом, а бездиффузиозное превращение -мартенситным превращением []. Помимо сталей, подобное фазовое превращение можно наблюдать и в других сплавах. Поэтому термин «мартенситное превращение» широко используется для обозначения одного из типичных фазовых превращений, происходящих в твердом состоянии. В настоящее время известен широкий класс материалов, подвергающихся мартенситному фазовому превращению. Это, прежде всего, сплавы на основе МпСи, Р1А1, СиА1, РеМп и другие. В первую очередь к этим свойствам относится способность материала восстанавливать неупругую деформацию при изменении температуры или изотермической разгрузке. Еще в -х годах XX века Г. В. Курдюмовым и его сотрудниками [] был открыт новый тип мартенситных превращений.