Моделирование кратерообразования в анизотропных преградах
Численное моделирование разрушения преграды из транстропного алюминиевого сплава Д16Т при ее нагружении цилиндрическими стальными ударниками. Расчеты методом конечных элементов, моделирование с использованием программ в рамках механики сплошной среды.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 606,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование кратерообразования в анизотропных преградах
Численное моделирование ударного нагружения преград, выполненных из анизотропных материалов, проведено в трехмерной постановке с помощью модели в рамках механики сплошной среды. В плоскости преграды материал характеризуется во взаимноперпендикулярных направлениях различными упругими, пластическими и прочностными свойствами. Для численного моделирования разрушения анизотропного материала преград используются критерии разрушения, записанные через напряжения и накопленные пластические деформации. Проведено сравнение результатов расчетов, полученных при использовании различных критериев разрушения, с использованием оригинальных программ.
Система уравнений, описывающая нестационарные адиабатные движения сжимаемой анизотропной среды, включает в себя [1]: уравнение неразрывности, уравнения движения сплошной среды, уравнение энергии.
Введем допущения: полная деформация представима в виде суммы упругой и пластической деформаций, пластическое течение материала не зависит от гидростатического давления (такое допущение возможно для материалов, имеющих невысокую степень анизотропии упругих и пластических свойств), упругие свойства материала не изменяются при пластическом деформировании.
Полные напряжения представлены в виде суммы шаровой и девиаторной части. Предполагалось, что шаровая часть тензора напряжений соответствовала шаровой части тензора деформаций.
Упругое поведение анизотропного материала описывается обобщенным законом Гука, пластическая деформация определяется с помощью ассоциированного закона течения. В качестве условия пластичности для анизотропных материалов используется условие Мизеса-Хилла с учетом изотропного упрочнения [2].
В качестве уравнения состояния использовалось уравнение Ми-Грюнайзена [3].
Для конструкционных анизотропных сплавов в условиях статического нагружения функция изотропного упрочнения R инвариантна к виду напряженного состояния [4,5]. Эта функция может быть определена из опытов на простое нагружение и линейно зависит от накопленной пластической деформации :
,
где; для алюминиевого сплава Д16Т 5.5.
Разрушение анизотропного материала преграды в волнах сжатия и растяжения происходит при выполнении критерия разрушения Мизеса-Хилла, либо критерия, записанного через накопленные пластические деформации.
Если любой из критериев разрушения выполняется в условиях сжатия, то материал теряет анизотропные свойства, при этом материал сохраняет прочность только на сжатие, компоненты тензора напряжений определяются его шаровой частью. Если критерий прочности нарушается в условиях растяжения, то материал считается полностью разрушенным, и компоненты тензора напряжений считаются равными нулю. Напряжения, определенные в элементе, жестко повернутом в пространстве, пересчитываются с помощью производной Яуманна [6,7]. Моделирование упругопластического деформирования изотропного материала ударника проведено в рамках модели Прандтля - Рейсса.
На рис. 1 представлены зоны разрушенного материала в сечении преграды, перпендикулярном направлению удара, полученные при численном моделировании с использованием критерия разрушения Мизеса-Хилла. Зоны разрушенного материала соответствуют распределению объемных долей разрушенного материала в условиях растяжения и сжатия. Плоскость данного сечения является плоскостью анизотропии (упругие, пластические и прочностные свойства вдоль направлений осей OX и OY отличаются). Как видно из рис. 1а, анизотропия механических характеристик материалов оказывает влияние на форму зоны разрушения: в том случае, когда вдоль направления оси задавались минимальные свойства, форма зоны разрушения - эллипс, вытянутый вдоль этой оси. На рис. 1б представлены зоны накопленной пластической деформации в материале в сечении преграды, перпендикулярном направлению удара. Зоны накопленной пластической деформации также имеют форму эллипса, вытянутого вдоль направления с минимальными свойствами. В этом случае эллиптичность зоны разрушения близка к эллиптичности зоны с накопленной пластической деформацией.
В сечении преграды в плоскости ZOY на рис. 2 показаны зоны разрушения и распределения значений накопленной пластической деформации. Зоны разрушения представляют собой распределения объемных долей разрушенного материала в условиях растяжения и сжатия. Несмотря на то, что металлы и сплавы обладают невысокой степенью анизотропии, применение модели с учетом анизотропии, позволяет проводить параметрические исследования ударного нагружения анизотропных материалов и проследить влияние анизотропии на процесс разрушения преграды в трехмерной постановке.
а) б)
Рис. 1 Зоны разрушения (а) и зоны распределения накопленной пластической деформации (б) в плоскости сечения преграды XOY в момент времени 40мкс
а )б)
Рис. 2 Зоны разрушения (а) и зоны распределения накопленной пластической деформации (б) в плоскости сечения преграды ZOY в момент времени 40мкс
ВЫВОД
При нормальном нагружении преград из анизотропных материалов, характеризующихся невысокой степенью анизотропии, осесимметричными ударниками из изотропных материалов, форма кратера в преграде имеет эллипсоидальную форму.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
алюминиевый сплав разрушение механика
1. Седов Л.И. Механика сплошных сред. - М.: Наука, 1976.- Т. 2. - 574 С.
2. Хилл Р. Математическая теория пластичности. - М.: Гостехиздат, 1956. - 407 С.
3. Johnson G.R. High velocity impact calculation in three dimensions//J. Appl. Mech.- 1977.- V.44.-№3.- P. 95-100
4. Ковальчук Б.И., Косарчук В.В., Лебедев А.А. Теория пластического течения анизотропных сред. Сообщение 1. Определяющие соотношения//Проблемы прочности. - 1986. - №4. - С. 50-56.
5. Ковальчук Б.И, Косарчук В.В., Лебедев А.А. Экспериментальное исследование законов упрочнения начально анизотропных материалов//Проблемы прочности.- 1982.- № 9. С. 3-9.
6. Туч Е.В., Кривошеина М.Н., Кобенко С.В. Влияние направления проката в материале преграды на ее разрушение при динамических нагрузках //Вестник Самарского государственного технического университета. Серия физ.-мат. науки, 2011, № 3(24), С. 52-61
7. Кривошеина М.Н., Козлова М.А. Влияние учета анизотропии упругих и пластических свойств материала на результаты расчетов ударного нагружения алюминиевой преграды//Механика композиционных материалов и конструкций 2008.- т.14.- №3.- С. 353-365
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Диэлектрические параметры и поляризация. Теория среднего поля, моделирование молекул. Плотность энергии слабых связей на границе раздела твердых сред в теории Ландау-де Жена. Реализация метода конечных элементов. Время и гидродинамическое моделирование.
реферат [994,3 K], добавлен 23.12.2013Методика разработки и анализ цифровой схемы, содержащей не менее трех последовательностных устройств и комбинационных. Моделирование схемы, описанной на языке VHDL с использованием Xilinx WebPackISE. Выбор и обоснование необходимых аппаратных средств.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 16.10.2014Численное решение уравнений движения планет и их спутников по орбите. Влияние возмущений на характер орбиты. Возмущения в пространстве скоростей. Радиальные, тангенциальные возмущения. Законы движения Кеплера и Ньютона. Влияние "солнечного ветра".
курсовая работа [486,0 K], добавлен 22.07.2011Основные уравнения динамики элементов данной криогенной системы. Моделирование основных динамических режимов в теплообменных и парогенерирующих элементах КГС. Динамические характеристики нижней ступени охлаждения рекуперативного теплообменного аппарата.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 01.03.2015Установление методами численного моделирования зависимости температуры в точке контакта от угла метания пластины при сварке взрывом. Получение мелкозернистой структуры и расчет параметров пластины с применением программного расчетного комплекса AUTODYN.
дипломная работа [6,2 M], добавлен 17.03.2014Моделирование как одно из средств отображения явлений и процессов реального мира. Основы и необходимые условия физического моделирования. Его использование в экспериментальных исследованиях. Влияние научно-технического прогресса на развитие моделирования.
реферат [15,2 K], добавлен 21.11.2010Моделирование квантовохимическим методом MNDO/AM1 различных структурных форм полупроводникового полимера паратиоцианогена, анализ его структуры, электронных и спектрофизических характеристик, сравнение их с экспериментальными спектроскопическими данными.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 21.01.2016Электрический пробой газов и диэлектриков. Вольт-секундные характеристики изоляции. Разработка импульсного генератора высоких напряжений. Моделирование и построение математической модели, позволяющей проводить расчет электрического разряда в жидкости.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 26.11.2011Неизотропность и блуждание частицы в ячейках. Событийное моделирование двумерного одноатомного газа. Имитационное моделирование вихревого движения в газе. Событийное моделирование самоорганизации графена. Фрагмент участка фильтра с областями прилипания.
статья [337,9 K], добавлен 23.07.2012Определение концентрации молекул разряженного газа в произвольном объеме. Моделирование набегающего потока, движения молекулы внутри объема. Генерация вектора скорости молекулы и координат точки влета. Моделирование потока собственных газовыделений.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.07.2011Моделирование пуска двигателя постоянного тока ДП-62 привода тележки слитковоза с помощью пакета SciLab. Структурная схема модели, ее элементы. Паспортные данные двигателя ДП-62, тип возбуждения. Диаграмма переходных процессов, построение графика.
лабораторная работа [314,7 K], добавлен 18.06.2015Моделирование статических нерасчетных режимов теплообменных аппаратов. Расчет статических характеристик ступени охлаждения. Моделирование движения реального рабочего вещества во вращающихся каналах. Расчет рекуперативного теплообменного аппарата.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 01.03.2015Создание физической модели деформации материала. Система кластеров структурированных частиц. Описание механики процесса пластической деформации металла при обработке давлением и разрушения материала при гидрорезке на основе кавитации, резонансных явлений.
статья [794,6 K], добавлен 07.02.2014Методы изучения движения жидкости. Основная теорема кинематики (Гельмгольца). Уравнение движения сплошной среды в напряжениях. Понятия и определения потенциальных течений. Моделирование гидрогазодинамических явлений, ламинарное и турбулентное движение.
шпаргалка [782,6 K], добавлен 04.09.2010Применение моделирования динамики яркостной температуры методом инвариантного погружения и нейронных сетей; решение обратной задачи радиометрии – получение физических данных исследуемого объекта (почв). Обзор моделей нейронных сетей, оценка погрешности.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.02.2011Метод конечных элементов (МКЭ) — численный метод решения задач прикладной физики. История возникновения и развития метода, области его применения. Метод взвешенных невязок. Общий алгоритм статического расчета МКЭ. Решение задач методом конечных элементов.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 31.05.2012Физическое моделирование теплового смерча типа торнадо в лабораторных условиях, исследование формирования и взаимодействия смерчей между собой. Осуществление моделирования тепловых смерчей в лабораторных условиях с помощью экспериментальных установок.
реферат [2,0 M], добавлен 05.08.2010Основные виды физических полей в конструкциях РЭС. Моделирование теплового поля интегральной схемы в САПР ANSYS. Моделирование поля электромагнитного поля интегральной схемы, изгибных колебаний печатного узла. Высокая точность и скорость моделирования.
методичка [4,2 M], добавлен 20.10.2013Выбор элементов и разработка принципиальной электрической схемы источника опорного напряжения (ИОН), электрическое моделирование одного из узлов системы. Область применения прецизионных ИОН, их стоимость. Мостовой выпрямитель, стабилизатор, коммутатор.
курсовая работа [198,6 K], добавлен 25.10.2012Расчёт параметров оптимальной динамической настройки ПИД-регулятора по различным методам. Моделирование переходных процессов в замкнутой САР при основных возмущениях с выводом на печать основной регулируемой величины и регулирующего воздействия.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 10.04.2015
