Исследование релаксационных процессов в структурно-неоднородных средах методами численного моделирования

• Автор: Романова, Варвара Александровна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 141 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение
1. Математическая постановка задачи и система уравнений континуальной механики для описания релаксационных процессов в деформируемой упруго-пластической среде
Введение
1.1. Общая система уравнений для описания многомерных течений в релаксирующей упруго-пластической среде
1.2. Построение релаксационных определяющих соотношений для случая многомерных течений и их решение методом итераций
1.3. Модели описания скорости главного пластического сдвига
Резюме
2. Макроскопическое поведение сред с релаксацией в условиях динамического нагружения
Введение
2.1. Феноменологическая модель релаксационной среды. Анализ функций релаксации
2.2. Особенности макроскопического поведения материалов в
условиях ударно-волнового нагружения
2.3 Описание макроскопического поведения материалов, чувствительных к скорости нагружения, при растяжении с
разными скоростями
Резюме
3. Исследование релаксационных процессов в мезообъемах структурно-неоднородных сред
Введение
3.1. Моделирование поведения поликристаллического мезообъема в условиях ударно-волнового нагружения
3.2. Скоростная чувствительность металлов и особенности локализации деформации на мезоуровне при разных скоростях нагружения
3.3. Методика моделирования развития пластической деформации в мезообъеме с привлечением элементов метода клеточных автоматов
3.4. Зарождение и эволюция полос локализованного сдвига на
мезоуровне (результаты моделирования)
Резюме
4. Моделирование поведения материалов в условиях ультразвуковой обработки (приложение)
Введение
4.1. Дислокационная кинетика для описания скорости пластических сдвигов
4.2. Ультразвуковая обработка материалов в режиме жесткого контакта ультразвукового инструмента с обрабатываемой
деталью
4.3. Ультразвуковое поверхностное пластическое
деформирование
Резюме
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Объект исследования и актуальность темы.
Среды со структурой являются объектом изучения механики деформируемого твердого тела уже на протяжении нескольких десятилетий. Основной задачей при традиционном подходе к исследованию сред со структурой являлось определение эффективных механических характеристик и макроскопического отклика материала по известным концентрациям и соответствующим характеристикам составляющих компонент. С развитием нового научного направления — физической мезомеханики материалов — появился новый класс задач, требующий разработки новых подходов и методов исследования сред со структурой [1-2]. Согласно концепции физической мезомеханики [1-6], пластическая деформация в материале определяется процессами, происходящими на разных масштабных и структурных уровнях.
По классификации, предложенной В.Е. Паниным в [1-5], в материале рассматриваются 3 масштабных уровня деформации и разрушения - микро, мезо и макро. Отнесение структурных элементов к различным масштабным уровням зависит, в первую очередь, от объекта исследования. К примеру, для металлов на мезоуровне рассматривается движение и взаимодействие отдельных зерен и их конгломератов [1-8], имеющих размеры порядка нескольких десятков микрон, тогда как в геодинамике в качестве мезообъектов могут выступать горные пласты протяженностью до нескольких десятков километров [9-10]. Надо отметить, что не всегда можно дать строгое определение масштабного уровня и провести разделение структурных элементов по масштабным признакам, во многом это определяется объектом исследования и спецификой задачи. В настоящей работе изучается поведение металлов в условиях динамического нагружения.

с этими носителями также будет расти. Отдельно могут быть введены в рассмотрение зернограничные области или границы фаз, микротрещины, поры и другие неоднородности как особые структурные элементы на мезоуровне, с которыми связаны определенные времена релаксации.
К сожалению, выделить времена релаксации, связанные с определенными носителями пластической деформации, часто не представляется возможным, так как макроскопические напряжения, получаемые в эксперименте, являются результатом процессов, параллельно происходящих на разных масштабных уровнях. Макроскопическое поведение материала при нагружении представляет собой осредненный отклик всех входящих в макроскопический элементарный объем структурных и масштабных уровней. Время релаксации макроскопических напряжений можно извлечь из экспериментов по нагружению с разными скоростями.
Уникальным экспериментальным материалом для оценки времен релаксации является поведения материала в ударных волнах. Эксперименты по эволюции упругих предвестников дают информацию о характерных временах быстрой и медленной релаксации, в то время как из других экспериментов (по высокоскоростному растяжению, кручению и т.д.) извлечь времена быстрой релаксации часто не представляется возможным из-за низкой разрешающей способности экспериментальной аппаратуры. Многими авторами [38, 55, 64, 97-99, 107] область быстрой релаксации напряжений во фронте ударной волны связывается с движением дислокаций. Действительно, характерные времена

нагружения материала во фронте волны очень малы (10' -10' с) и соизмеримы с временами релаксации [98]. В [55, 107] экспериментально показано, что внутри зерна мезосубструктуры, такие как дислокационные ячейки, блоки, полосовые структуры и т.д., не успевают сформироваться в ударном фронте. (Например,