Моделирование деформации и разрушения материалов с явным и неявным учетом их структуры

• Автор: Смолин, Игорь Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 310с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение
1. Физическая мезомеханика и проблемы моделирования
на мезоуровне
Введение
1.1. Представление нагружаемого материала как иерархически организованной системы структурных уровней деформации
и разрушения
1.2. Проблемы описания структурной неоднородности твёрдых тел
при их деформировании и подходы к их решению
1.3. Континуальные модели, применяемые на мезоуровне
Выводы
2. Уравнения и метод расчёта упруго-пластического течения
на мезоуровне
Введение
2.1. Уравнения для упругопластической среды Коссера
2.2. Уравнения для двумерных задач и их конечно-разностные аналоги
3. Расчёты деформации на мезоуровне с использованием микрополярных моделей
Введение
3.1.0 применении модели Коссера для мезоуровня
3.2. Вклад моментных напряжений в макроскопическую кривую течения
3.3. Тестирование компьютерной программы
3.4. Особенности локализации деформации
3.5. Расчёты для мезообъёма и формирование остаточных напряжений
3.6. Упрощённая микрополярная модель среды, учитывающая асимметрию силовых напряжений
3.7. Влияние моментных напряжений при ударно-волновом нагружении
Выводы
4. Моделирование с явным учётом мезоструктуры для металлических и композиционных материалов
Введение
4.1. Поликристаллические металлы и сплавы
4.2. Металлокерамические композиты
4.3. Сопряжение покрытия с подложкой
4.4. Ударно-волновое нагружение поликристаллов
Выводы
5. Моделирование деформации и разрушения мезообъёмов угля
Введение
5.1. Задачи мезомеханики угля
5.2. Структура и свойства угля на разных масштабных уровнях
5.3. Определяющие соотношения и разностные методы
5.4. Диаграммы нагружения и оценка интегральных механических характеристик углей
5.5. Прогнозирование фракционного состава угольной пыли при струговой выемке угля
5.6. Разрушение угля волнами напряжений
5.7. Гидроразрыв мезообъёма угля при нагнетании жидкости
в поровое пространство
Выводы
Заключение
Литература
Приложение

Введение
Актуальность темы. Современный уровень техники и технологий, тенденция их развития к созданию всё более миниатюрных технических устройств делает актуальным задачи учёта влияния структуры материалов на их механическое поведение. Известно, что структура материалов оказывает существенное влияние на развитие процессов пластического деформирования и разрушения материалов. В отличие от упругих свойств, которые относят к структурно не чувствительным, пластические и прочностные свойства весьма чувствительны к изменению структуры материала. Изучение проявлений и внутренних механизмов того, как различные способы термического, механического и химического воздействия оказывают влияние на изменение механических свойств, относится к проблемам физики прочности и пластичности, а также материаловедения. В механике же это принято описывать, в простейшем случае, простым изменением значений пределов текучести или прочности. Однако более общей и важной задачей является построение соответствующих моделей сред и определяющих соотношений, способных описать изменение механического поведения, вызванного различным изменением структуры материалов. И хотя механика остается феноменологической наукой, наиболее привлекательным является путь построения конститутивных моделей и определяющих соотношений, основанный на понимании и учёте физических механизмов, вызывающих изменение механических характеристик материалов.
Указанное направление относится к разделам 2.2.4. «Физика и механика деформирования и разрушения сплошных структурированных материалов, в том числе, в экстремальных условиях. Трибология» и 2.2.5. «Механика природных процессов и сред, механика добычи и трубопроводного транспорта нефти и газа» перечня Основных направлений фундаментальных исследований РАН, приведённых в Приложении к Постановлению Президиума

констант, а как функций накопленной неупругой деформации, или даже к изменению самой модели.
Итак, остановимся поподробнее на анализе имеющихся моделей, которые используются для решения задач на мезоуровне.
1.3. Континуальные модели, применяемые на мезоуровне
Модели материалов, применяемые для численного моделирования поведения материалов на мезоуровне, можно разделить на две большие категории: модели континуальной механики и дискретные модели. В дискретных моделях используются идеи, основанные на представлении материала как системы взаимодействующих частиц конечных размеров. Эти модели основаны на потенциалах взаимодействия отдельных атомов, молекул или частиц. Они используются в таких дискретных методах как метод молекулярной динамики, элементной динамики, подвижных клеточных автоматов и др. [129, 143,236,288]
В данной работе рассматриваются модели только первой категории. Их в свою очередь можно разделить на два класса.
1. Классические модели простых сплошных сред (упругой, упругопластической, вязкой и т.д.). Это — наиболее простые модели. Основной эффект при решении задач мезоуровня достигается за счёт явного учёта различия физико-механических свойств разных структурных элементов. С помощью таких моделей моделируют мезообъёмы поликристаллов [3, 190, 198, 207, 246-248, 258, 270, 274], композиционных материалов [167, 190, 191, 207, 216, 275, 287], содержащие границы раздела подложка - нанесенное на материал покрытие [137, 174, 199, 200] и т.д. Связь с микроуровнем может присутствовать, если для описания пластической деформации или накопления повреждений используются некоторые дополнительные внутренние переменные для неявного учёта эволюции элементов