Термоактиваційний аналіз руйнування матеріалів в умовах нестаціонарного деформування (шийкоутворення)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки Украіни

Тернопільський державний технічний університет

імені Івана Пулюя

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Термоактиваційний аналіз руйнування матеріалів в умовах нестаціонарного деформування (шийкоутворення)

Колодницька Руслана Віталіївна

Тернопіль - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Житомирському інженерно-технологічному інституті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

ГРАБАР Іван Григорович,

Житомирський інженерно - технологічний інститут, проректор з наукової роботи.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Чаусов Микола Георгійович, Інститут проблем міцності НАН України (м. Київ) провідний науковий співробітник відділу статичної міцності та пластичності конструкційних матеріалів;

кандидат технічних наук

Скрипник Ігор Дмитрович, Фізико- механічний інститут імені Г. В. Карпенка НАН України (м. Львів), старший науковий співробітник відділу корозійно-водневої деградації та захисту матеріалів.

Провідна установа: Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут” (м. Київ),

кафедра динаміки і міцності машин та опору матеріалів.

Захист відбудеться “ 5 ” жовтня 2000 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.01 в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий “ 4 ” вересня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат фізико-математичних наук Шелестовський Б. Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Задачі пошуку оптимальних механічних властивостей існуючих конструкцій і нових матеріалів у високотемпературній області, особливо для відповідальних конструкцій, руйнування яких приводить до важких економічних наслідків, на теперішній час є досить актуальними. Для їх оптимального вирішення необхідний широкий розвиток і впровадження методів експрес-прогнозування, під якими розуміють методику прогнозування ресурсу матеріалу на основі випробовувань малої подовженості з мінімальною затратою матеріалу на стандартному випробувальному обладнанні, яке доступне більшості лабораторій.

Один із ефективних підходів до вирішення задач прогнозування довготривалого руйнування матеріалів за результатами короткочасних випробовувань є підхід термоактиваційного аналізу. Існуючі методики прогнозування довготривалої міцності із застосуванням досягнень термоактиваційного аналізу не враховують стадію нестаціонарної геометрії при пластичному деформуванні матеріалів, що і зумовлює необхідність досліджень в закритичній області деформування і визначає мету даної роботи.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є врахування закритичної стадії деформування матеріалів при термоактиваційному аналізі і прогнозуванні довготривалої міцності.

Для досягнення вказаної мети були поставлені та вирішені наступні основні задачі:

одержання рівняння профілю шийки деформованого зразка та координатно-часової залежності розвитку шийки;

розробка методики дослідження деформування матеріалів на закритичній стадії;

внесення поправки на деформацію в шийці в замкнену систему рівнянь термоактиваційного аналізу;

створення бази даних матеріалів з врахуванням температурної залежності механічних характеристик матеріалу в табличному і графічному вигляді для експрес-прогнозування довготривалої міцності.

Об'єктом дослідження є процес руйнування матеріалів в умовах нестаціонарного деформування.

Предметом дослідження є закритична стадія деформування і термоактиваційний аналіз руйнування матеріалів.

Методи дослідження. Дослідження кінетики деформування на закритичній стадії виконано на основі розробленого програмно-апаратного комплексу і запропонованої методики дослідження деформованих зразків, що базуються на методах сіток та обробки відеоінформації. Для вирішення скейлінгових та параметричних рівнянь, які описують профіль шийки, використовувались чисельні методи: ітерацій та хорд. Для вирішення системи рівнянь термоактиваційного аналізу застосовувався метод ділення відрізка навпіл.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота пов'язана з науково-дослідними темами, які виконувались в Житомирському інженерно-технологічному інституті:

- госпдоговірна тема “Проведення прискорених випробовувань зразків панелі блока перетворювача на термоциклові навантаження” (реєстраційний номер НИОКР № 0194U026181);

- госпдоговірна тема “ Проведення випробовувань на малоциклову втому ротора одновального стаціонарного компресора ВА20007М” (реєстраційний номер РК - 0197U001856).

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

використано ідею скейлінгу для рівняння профілю шийки циліндричних зразків після руйнування, що враховує відносні залишкові видовження та звуження для кожного із матеріалів;

показано, що процес шийкоутворення є автомодельним і може характеризуватися однією автомодельною змінною, а параметри шийки в часі мають ознаки кінетики критичних явищ;

запропоновано модель для врахування геометричних параметрів шийки при вирішенні задач термоактиваційного аналізу;

виявлено, що врахування закритичної стадії деформування при термоактиваційному аналізі руйнування матеріалів приводить до більших розрахункових значень активаційних об'ємів.

Достовірність отриманих результатів забезпечується використанням обгрунтованих методик і програмних засобів чисельного моделювання, узгодженням виконаних різними методами розрахунків та їх задовільною відповідністю з експериментальними даними, одержаними особисто автором та даними інших дослідників.

Практичне значення одержаних результатів:

створено програмно-апаратний комплекс для дослідження деформування матеріалів, що дозволяє візуально спостерігати на персональному комп'ютері в реальному масштабі часу весь процес деформування, в автоматичному режимі визначати геометричні

параметри деформування, проводити покадрову автоматизовану обробку профілю досліджуваних зразків, аналізувати зміну окремих ділянок зразка;

розроблено методику автоматизованих досліджень деформування та руйнування матеріалів, в тому числі і на закритичній стадії деформування;

на основі програмно-апаратного комплексу одержано експериментальні дані з кінетики деформування в районі шийки для міді, алюмінію та поліетилену;

створено базу даних матеріалів для експрес-прогнозування довготривалої міцності (включаючи базу відеозображень);

уточнено значення енергії активації руйнування і активаційних об'ємів для широкого класу матеріалів, враховуючи поправку на утворення шийки;

виконано прогнозування довготривалої міцності для широкого класу матеріалів шляхом введення кінетики зміни контуру зразка в замкнуту систему рівнянь.

Наукові та практичні здобутки дисертації впроваджені у ВАТ “Верстатуніверсалмаш” (м. Житомир) та ВАТ “Сімферопольський моторний завод”( м. Сімферополь).

Особистий внесок здобувача. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: в роботі [1] - застосування скейлінгової та параметричної моделі для теоретичного визначення профілю шийки зразка; в роботі [2] - уточнення скейлінгової і параметричної моделі з урахуванням рівномірної деформації; в роботі [3] - методика досліджень процесу деформування за допомогою програмно-апаратного комплексу та результати експериментального дослідження алюмінієвих зразків на закритичній стадії; в роботі [7] - результати експериментального дослідження поліетиленових зразків на закритичній стадії; в роботі [8] - комп'ютерне моделювання процесу пластичної деформації; в роботі [9] - ідея застосування програмно-апаратного комплексу для дослідження кінетики деформування матеріалів; в роботі [10] - структура програмно-апаратного комплексу для дослідження процесу деформації; в роботі [14] - результати термоактиваційного аналізу руйнування з врахуванням шийкоутворення для стальних зразків.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися на Всеукраїнській конференції молодих науковців ”Інформаційні технології у науці та освіті” (Черкаси, 1997); 4 Міжнародній науково-технічній конференції “Контроль і управління в технічних системах” (Вінниця, 1997); III, ІV Міжнародних науково-практичних конференціях “Сучасні технології в аерокосмічному комплексі” (Житомир, 1997, 1999); Всеукраїнській конференції “Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в природничих науках” (Кривий Ріг, 2000); Міжнародній науковій конференції “Механіка 2000“ (Жешув, Польща, 2000); I, ІІ, III міських міжвузівських науково-практичних конференціях студентів та молодих вчених (Житомир, 1998, 1999, 2000).

Публікації. З теми дисертації надруковано 14 наукових праць, із них 7 - у фахових виданнях, 6 - у матеріалах конференцій, 1 - у тезах конференцій. Основний зміст роботи викладено в публікаціях 1, 2, 3, 4, 6, 7, 14.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Робота викладена на 155 сторінках, містить 59 малюнків. Бібліографічний список налічує 158 назв.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі сформульовано мету роботи, відображено наукову новизну, практичну цінність і достовірність результатів роботи. Стисло викладено зміст роботи за розділами.

В першому розділі зроблено огляд літературних джерел з теми дисертаційної роботи. Процеси, що проходять в районі шийки, в застосуванні до задач термоактиваційного аналізу досліджені мало, а результати досліджень різних авторів часто суперечливі. Вирішення задач термоактиваційного аналізу потребує внесення поправки на деформацію в шийці в закритичній області деформування.

В другому розділі приведено теоретичні моделі, які описують профіль шийки циліндричних зразків у процесі деформування на основі скейлінгових та параметричних підходів. Це суттєво спрощує прогнозування профілю зразків в умовах втрати стійкості пластичного деформування.

Вперше для описання профілю шийки зразка після руйнування використаний скейлінговий підхід, який має фізичний смисл і значно спрощує описання профілю зразка. При цьому весь зразок початковою довжиною l₀ та діаметром d₀ розбивається на 2N₀ дiлянок. Процес руйнування закінчується утворенням посередині зразка шийки, найменший діаметр якої d_k=d₁. Прирощення довжини ?l_i дiлянки внаслідок процесу деформації (нумерація йде, починаючи з середини зразка) дорівнює:

,

де a- постiйна; G - масштабний множник.

Це дає:

. (1)

Значення масштабного множника G знаходилося чисельним методом з рівняння:

,

де =_p/;

, _p- повне та рівномірне відносне залишкове видовження відповідно; - відносне залишкове звуження.

Для описання профілю зразків параметричними рівняннями застосовано відношення виду:

, (2)

де k = d_р/d;

d_р - діаметр зразка, виміряний на дiлянцi однорiдної деформацiї.

Враховуючи умову збереження об'єму при пластичній деформації одержуємо:

,

що після інтегрування дає:

, (3)

де .

З рівняння (3) чисельним методом знаходимо постійну а.

Залежності (1), (2) дають можливість описувати профілі шийок циліндричних зразків у процесі деформування та після розтягу на основі тільки довідкових даних і для даного матеріалу (рис.1).

В дисертаційній роботі встановлено, що найменше відхилення від експериментальних даних дають параметричні рівняння.

Оскільки кінетика деформування та руйнування матеріалів у закритичній області має швидкоплинний характер, то отримати достатньо інформації про перебіг цих процесів можливо лише з використанням автоматизованих систем на базі швидкодіючих програмних та апаратних засобів. матеріал нестаціонарне деформування

В третьому розділі описано розроблений програмно-апаратний комплекс для проведення досліджень деформування матеріалів, в тому числі в районі шийки. Тут також приведена методика досліджень за допомогою цього комплексу.

Розроблений програмно-апаратний комплекс функціонує на базі персонального комп'ютера типу Pentium і складається з апаратного і програмного компонентів (рис.2). До апаратного компоненту входять: відеоблок (відеокамера і відеомагнітофон), пристрій введення відеозображень та персональний комп'ютер. Для введення відеозображень в комп'ютер використано відеоплату Cіrrus Logic 544 XP+, що являє собою комбінацію стандартного VGA-адаптора і пристрою введення відеозображень. Програмний компонент включає в себе стандартну програму Microsoft Video for Windows, а також розроблені програми масштабування та покадрової обробки зображень.

Рис. 1. Програмно-апаратний комплекс для дослідження деформування матеріалів

Автоматизована обробка даних про процес пластичного деформування виконується в такій послідовності:

процес пружно-пластичної деформації фіксується за допомогою відеокамери на відеоплівку;

одержане зображення вводиться в персональний комп'ютер через пристрій введення зображень за допомогою програми VidCap, що входить складовою частиною до Microsoft Video for Windows, і запам'ятовується на жорсткому диску в файлі формату AVI (розмір кадру - 640480 пікселів, глибина кольору - 1байт (256 кольорів));

із одержаного файлу формату AVI, використовуючи програму VidЕdit (пакет Microsoft Video for Windows), виділяються окремі кадри і передаються в програму Adobe PhotoShop 5.0;

кадри зображення, що містяться в графічних файлах, перетворюються в двоградаційні растрові графічні файли і запам'ятовуються у файлах формату PCX (розмір 640480 точок, глибина кольору 1 біт );

далі графічні файли передаються програмі обробки і масштабування зображення, яка виділяє на зображенні контур досліджуваного зразка, і визначає його геометричні розміри;

дані про геометричні розміри зразка передаються в програму Microsoft Excel 7.0 для подальшої обробки.

В четвертому розділі приводяться результати досліджень деформування зразків із алюмінію, міді та поліетилену, що виконані за допомогою програмно-апаратного комплексу; описується база даних матеріалів, яка була створена для використання її для експрес прогнозування довготривалої міцності; враховується закритична стадія деформування при термоактиваційному аналізі і виконується прогнозування довготривалої міцності для різноманітних матеріалів.

Аналіз експериментальних даних показав, що ідею скейлінгу можна застосувати не тільки для описання профілю шийки зразка після руйнування, але й взагалі профілю шийки ще незруйнованого зразка. Враховуючи експериментальні дані по видовженню і звуженню зразків з часом та той факт, що рівномірне їх видовження після втрати процесом пластичного деформування стійкості не змінюється, одержуємо теоретичні криві профілю шийки, які задовільно співпадають з експериментальними даними.

З врахуванням шийкоутворення одержуємо систему (5), що врахувує закритичну стадію деформування при термоактиваційному аналізі руйнування матеріалів, що дозволяє покращити прогнозування довготривалої міцності у порівнянні з моделлю, яка не враховує шийкоутворення:

(5)

де -час до руйнування зразка; - швидкість деформації,10^-13 с - за порядком величини близько до періоду коливань атомів у твердих тілах; U₀-енергія активації; - активаційний об'єм; - еквівалентне стаціонарне напруження; Т- абсолютна температура середовища; R-газова постійна; _В - границя міцності; r- еквівалентний множник; - безрозмірний параметр; m - показник зміцнення; Т_s - температура плавлення матеріалу.

Із системи рівнянь (5) одержуємо рівняння для визначення активаційного об'єму:

, (6)

але, оскільки r = r(), то (6) являє собою рекурентне співвідношення. Як показав чисельний аналіз, це співвідношення має добру збіжність.

Довготривалу міцність при постійності активаційного об'єму знаходимо за формулою:

, (7)

де _DP - час довготривалого руйнування.

Вирішення задачі експрес-прогнозування довготривалої міцності за результатами короткотривалих випробовувань потребує аналізу великої кількості експериментальних даних. Тому було створено базу даних матеріалів (Microsoft Excel ), що в числових та графічних даних містить інформацію про довговічність, короткотривалу та довготривалу міцність матеріалів, а також повне та рівномірне видовження і звуження в широких діапазонах швидкостей та температур для різноманітних марок сталей, алюмінію, міді та їх сплавів.

Користуючись системою (6) і даними, які були занесені в базу даних, уточнено значення енергії активації для досліджуваних матеріалів, а також проаналізовані закономірності еволюції активаційного об'єму в широкому діапазоні температур і швидкостей деформування для алюмінію, сталі та міді.

Проведені дослідження мідних зразків показали, що активаційний об'єм згідно запропонованої моделі зберігає свою постійність в діапазоні температур (0,4 - 0,7)T_s при швидкостях деформації (0,00024 - 0,8) с^-1 . Ці результати не протирічать результатам, отриманим з використанням базової моделі. Але при врахуванні закритичної стадії деформування обчислене значення активаційного об'єму стає більшим, що підвищує точність запропонованої моделі.

В результаті проведених досліджень виявлено, що в діапазоні температур (0,4-0,7)T_s прогноз довготривалої міцності дає задовільні результати, а при нижчих температурах прогноз завищений.

Термоактиваційний аналіз руйнування сталей проводився аналогічно термоактиваційному аналізу міді та алюмінію. Проведений термоактиваційний аналіз руйнування конструкційної сталі ЕИ415 показав, що для цього матеріалу активаційний об'єм можна вважати сталим (відхилення від середнього значення складає 0,036 кДж /(моль Ч МПа)) (рис. 9), і прогнозування довготривалої міцності дає достатньо достовірні результати.

Термоактивацйний аналіз жароміцних сталей показав, що для них значення термоактиваційного об'єму є величина стала, і прогнозування довготривалої міцності дає достовірні результати. Як приклад, на рис. 11 показані температурні залежності довготривалої міцності (100 годин) для жароміцних сталей марок 10Х11Н20Т3Р та 37Х12Н8Г8МФБ, для яких відхилення активаційного об'єму від середнього значення складає 0,038 та 0,022 кДж /(моль Ч МПа) відповідно. Штриховими лініями на графіках показані температурні залежності довготривалої міцності, що розраховані без врахування шийкоутворення.

З огляду на отримані температурні залежності активаційного об'єму виділено дві групи матеріалів: з термостабільним і термонестабільним термоактиваційним об'ємом. До першої групи віднесено мідь, алюміній та жароміцні сталі. Прогнозування довготривалої міцності для цієї групи матеріалів дає достовірні результати і точність прогнозування збільшується на 8%-10% у порівнянні з моделлю, яка не враховує шийкоутворення.

ВИСНОВКИ

На основі підходів термоактиваційного аналізу встановлено, що існуючі методи прогнозування довготривалої міцності за результатами короткочасних випробовувань не враховують стадію нестаціонарної геометрії при пластичному деформуванні матеріалів.

Розроблено програмно-апаратний комплекс для дослідження нестаціонарних процесів деформування матеріалів з дискретою 0,1 с, що дозволяє:

врахувати нестаціонарну геометрію при деформуванні матеріалів;

візуально спостерігати на персональному комп'ютері в реальному масштабі часу весь процес деформування;

в автоматичному режимі визначати параметри деформування:

відносне залишкове видовження та звуження зразка;

рівномірне видовження зразка;

час руйнування зразка та утворення шийки;

знімати профілограми шийки та відслідковувати кінетику процесу пластичного деформування;

проводити покадрову автоматизовану обробку відеозображення, вибирати окремі кадри і при необхідності документувати їх;

при використанні комбінованого методу сіток і кольорових поперечних смуг можливо аналізувати кінетику деформування окремих ділянок зразка.

Розроблено методику експерименту і виконано експериментальні дослідження в закритичній області деформування для стальних, алюмінієвих, мідних та поліетиленових зразків. Підтверджено експериментально скейлінгова модель профілів циліндричних зразків у процесі деформування. Показано, що процес шийкоутворення є автомодельним і може характеризуватися однією автомодельною змінною G, а параметри шийки в часі мають ознаки кінетики критичних явищ (типу процесів Ландау) з гіперболічною особливістю при t_р.

Створено універсальну базу даних матеріалів (Microsoft Excel), яка включає експериментальні дані з короткочасного та довготривалого деформування, а також відеоінформацію по розтягу в реальному масштабі часу стальних, алюмінієвих, мідних та поліетиленових зразків.

Запропоновано уточнене значення енергії активації руйнування і активаційних об'ємів для широкого класу матеріалів з урахуванням закритичної стадії деформування. Показано, що введення кінетики зміни контуру зразка з урахуванням закритичної стадії деформування в замкнуту систему рівнянь термоактиваційного аналізу, дозволяє підвищити точність прогнозування довготривалої міцності на 8 - 10 % для матеріалів з термостабільним активаційним об'ємом.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Грабар І.Г., Колодницька Р.В. Ідея скейлінгу і самоподібність профілю шийки //Вісник ЖІТІ. - 1996. - № 4. - С. 114-120.

Грабар І.Г., Колодницька Р.В. Втрата стійкості процесу пластичної деформації та її зв`язок з фрактальною розмірністю зони перед руйнуванням // Вісник ЖІТІ. - 1997. - № 5. - С. 103 - 108.

Грабар I.Г., Колодницька Р.В., Подчашинський Ю.O. Комп'ютеризована технологія дослідження кінетики пружно-пластичного деформування та руйнування твердих тіл // Вісник ЖІТІ. 1998.- № 7. - С. 181-184.

Колодницька Р.В. Універсальна база даних для експрес прогнозу довготривалої міцності // Вісник ЖІТІ. -1998.- № 8. - С. 12-15.

Колодницька Р.В. Дослідження нестаціонарного деформування пластмас за комп'ютерною технологією // Вісник ЖІТІ. -1999.- № 9. - С. 76 -80.

Колодницька Р.В. Термоактиваційний аналіз руйнування алюмінію з врахуванням параметрів шийки // Вісник ЖІТІ. - 1999.- №11. - С. 17 - 19.

Грабар І.Г., Колодницька Р.В. Дослідження нестаціонарного деформування поліетилену за комп'ютерною технологією // Коммунальное хозяйство городов. -2000.- № 22. - С. 115 -117.

Грабар І.Г., Колодницька Р.В. Комп'ютерне моделювання процесу пластичної деформації ОЦК та ГЦК металів // Тези доповідей Всеукр. конф. молодих науковців ”Інформаційні технології у науці та освіті”. - Черкаси. - 1997. - С. 127.

Колодницька Р.В., Підчашинський Ю.O., Гнилицький В.В., Грабар I.Г. Автоматизований програмно-апаратний комплекс дослідження кінетики пружно-пластичного деформування // Матеріали 3 Міжнародної науково-практичної конференції. “Сучасні технології в аерокосмічному комплексі.” - Житомир. - 1997. - С. 100.

Колодницька Р.В., Подчашинський Ю.O. Автоматизована система контролю кінетики пружно-пластичного деформування твердих тіл // Матеріали 4 Міжнар. науково-технічної конференції. “Контроль і управління в технічних системах”. - Вінниця. - 1997. - С. 59-61.

Колодницька Р.В. Програмно-апаратний комплекс для дослідження нестаціонарного деформування металів //Матеріали регіональної конференції студентів і молодих вчених // Вісник ЖІТІ. -1998.- № 8. - С. 261 - 264.

Колодницька Р.В. Термоактиваційний аналіз руйнування з врахуванням параметрів шийки //Матеріали ІV Міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні технології в аерокосмічному комплексі”. - Житомир. - 1999.- C. 121- 124.

Колодницька Р.В. Комп'ютерне моделювання процесу пластичної деформації //"Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в природничих науках”. - Кривий Ріг. - 2000. -С.83- 87.

Grabar I., Kolodnitska R., Podchashinsky Y. Нardware-software complex for research of kinetics of elastic - plastic deformations and destructions of rigid bodies //Proceedings of the International Scientific Conference. "Mechanics 2000". - Rzeszow, Poland. 2000. - Р. 103 - 108.

АНОТАЦІЇ

Колодницька Р.В. Термоактиваційний аналіз руйнування матеріалів в умовах нестаціонарного деформування (шийкоутворення). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04. - Механіка деформівного твердого тіла.- Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2000.

В дисертаційній роботі виконується врахування закритичної стадії деформування матеріалів при термоактиваційному аналізі і прогнозуванні довготривалої міцності. Запропоновано розроблений програмно-апаратний комплекс для дослідження нестаціонарних процесів деформування матеріалів. Виконано експериментальні дослідження в закритичній області деформування для стальних, алюмінієвих, мідних та поліетиленових зразків.

Підтверджена експериментально скейлінгова модель для описання профілів циліндричних зразків в процесі деформування. Показано, що процес шийкоутворення є автомодельним і може характеризуватися однією автомодельною змінною, а параметри шийки в часі мають ознаки кінетики критичних явищ.

Створено універсальну базу даних матеріалів, яка включає експериментальні дані з короткочасного та довготривалого деформування, а також відеоінформацію з розтягу в реальному масштабі часу стальних, алюмінієвих, мідних та поліетиленових зразків. Уточнено значення енергії активації руйнування і активаційних об'ємів для широкого класу матеріалів, враховуючи поправку на утворення шийки. Показано, що введення кінетики зміни контуру зразка в замкнуту систему рівнянь термоактиваційного аналізу дозволяє підвищити точність прогнозування довготривалої міцності на 8 - 10 % для матеріалів з термостабільним активаційним об'ємом.

Ключові слова: локальна стадія деформування, шийкоутворення, термоактиваційний аналіз, довготривала міцність.

Колодницкая Р.В. Термоактивационный анализ разрушения материалов в условиях нестационарного деформирования (шейкообразования ). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04. - Механика деформируемого твердого тела. - Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2000.

Диссертационная работа посвящена учету закритической стадии деформирования материалов при термоактивационном анализе и прогнозировании длительной прочности.

Достоверность прогноза длительной прочности можно улучшить, введя поправку на шейкообразование. Существующие методики прогнозирования длительной прочности по результатам кратковременных испытаний, базирующиеся на достижениях термоактивационного анализа, не учитывают эту стадию нестационарной геометрии при пластическом деформировании материалов.

Предложен разработанный программно-аппаратный комплекс для исследования нестационарных процессов деформирования материалов, который позволяет учитывать нестационарную геометрию деформирования материалов.

Этот программный комплекс дает возможность визуально наблюдать на персональном компьютере в реальном масштабе времени весь процесс растяжения образца, который был снят на видеокамеру. Разработанные программы дают возможность в автоматическом режиме определять параметры деформирования и снимать профилограммы образца, проводить покадровую автоматизированную обработку видеоизображения, выбирать отдельные кадры и при необходимости распечатывать их, анализировать деформирование отдельных участков образца, в том числе в закритической области деформирования.

Разработана методика эксперимента и Выполнены экспериментальные исследования в закритической области деформирования для стальных, алюминиевых, медных и полиэтиленовых образцов. Предложены и подтверждены экспериментально параметрическая и скейлинговая модели для описания профилей цилиндрических образцов при их деформировании. Показано, что процесс шейкообразования есть автомодельным и может характеризоваться одной автомодельной переменной, а параметры шейки во времени имеют признаки кинетики критических явлений.

Создана универсальная база данных материалов для экспресс-прогнозирования длительной прочности, включающая экспериментальные данные по кратковременному и длительному деформированию. База данных содержит температурную зависимость механических характеристик материалов в табличном и графическом виде, справочник физических характеристик материалов, сведения об условиях испытаний и литературных источниках, из которых взяты данные. В базе данных представлена также видеоинформация по растяжению в реальном масштабе времени стальных, алюминиевых, медных и полиэтиленовых образцов.

Предложена математическая модель учета параметров шейки для решения задач термоактивационного анализа. Уточнены значения анергии активации разрушения и активационных объемов для широкого класса материалов, учитывающие поправку на создание шейки. Показано, что введение кинетики изменения контура образца в замкнутую систему уравнений термоактивационного анализа позволяет повысить точность прогнозирования длительной прочности на 8 - 10 % для материалов с термостабильным активационным объемом.

Ключевые слова: локальная стадия деформирования, шейкообразование, термоактивационный анализ, длительная прочность.

Kolodnitska R.V. Thermoactivation analysis of destruction of materials in conditions of non-stationary deformation (necking). - Manuscript

The thesis is monograph submitted for awarding of Candidate degree of Technical Science on specialty 01.02.04. - Mechanics of Fractured Bodies. - Теrnopil Ivan Puluy State Technical University. Теrnopil, 2000.

Thesis is devoted to the registration of a supercritical stage of deformation of materials at the thermoactivation analysis and prediction of long durability. Hardware-software complex developed by us for a research of non-stationary processes of deformation of materials is described in this thesis. The experimental researches are carried out for steel, aluminium, copper and polyethylene samples in supercritical area of deformation.

The model of scaling is confirmed experimentally for exposition of profiles of cylindrical samples during the process of deformation. Thesis is shown also, that the process of necking is self-similar and can be characterised by one variable, and the parameters of neck have indications of kinetics of critical appearances in time.

We created a universal database of materials, where the experimental data on short-term and long deformation, video information on expansion in real time scale of steel, aluminium, copper and polyethylene samples were entered. The values of energy of activation of destruction and activation of volumes are specified for a wide class of materials, taking into account a single-error correction on creation of neck. This thesis is shown, that the introduction a kinetics of modification of outline of a sample to closed set of equations of the thermoactivation analysis allows increase an exactitude of prediction of long durability to 8 - 10 % for materials with temperature stable activation volume.

Key words: local stage of deformation, neck deformation, the thermoactivation analysis, long-term fracture.

Размещено на Allbest.ru

...