Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении

Abstract

Розглядається осесиметрична задача опромінення тепловим імпульсом цилін­дричного тіла. Для опису нелінійної поведінки матеріалу використовується модель Боднера–Партома, узагальнена на випадок багатофазового складу матеріалу. Сутність узагальнення полягає у використанні правила сумішей для визначення параметрів моделі, що відповідають за границю плинності і тимчасовий опір. Розглянута модель дозволяє точніше оцінити залишковий напружено-деформований стан, який при подальшому експлуатаційному навантаженні циліндричних деталей суттєво впливає на тимчасовий опір елементів конструкцій. Задача розв’язується чисельно методом покрокового неявного інтегрування за часом, ітераційним методом та методом скінченних елементів. На кожному часовому кроці реалізується подвійний ітераційний процес. Перший — внутрішній — пов’язаний з інтегруванням системи нелінійних рівнянь течії, другий — зовнішній — з розв’язанням рівнянь руху і теплопровідності. Розрахунки проводяться для скінченно-елементної сітки, згущеної в області опромінення, для більш точного моделювання термомеханічної поведінки матеріалу. Параметри сітки вибираються за критерієм практичної збіжності розв’язків. На основі чисельного моделювання досліджується напружено-деформований стан непружного матеріалу при врахуванні залежності параметрів моделі від фазового складу матеріалу. Основний результат: встановлено якісні та кількісні ефекти впливу фазового складу на непружні характеристики; зміну розтягувальних залишкових напружень на стискальні. Отримані результати можуть використовуватися в інженерних розрахунках на міцність елементів конструкцій, а також параметрів технологій поверхневого зміцнення.

Axisymmetric problem of heat pulse irradiation of a cylindrical solid is considered. Nonlinear behavior of the material is described by the generalized Bodner-Partom model of flow. The nature of generalization lies in applying the rule of mixtures for the determination of parameters of the model responsible for yield point and ultimate strength. The considered model enables one to estimate the residual stress-strain state more exactly. During subsequent in-service loading of cylindrical solids, this state strongly affects the fatigue resistance of elements. The problem is solved by the time step integration method, iterative method, and finite element method. In each time step, we realize a double iteration process. The first is connected with the integration of the system of nonlinear equations of flow, the second with the solution of equations of motion and heat conduction. The calculations are performed on a grid FEM, especially in the region of irradiation, for the correct modeling of thermomechanical behavior of the material. The grid parameters are chosen with the help of the criterion of practical convergence of the solutions. The investigation of the stress-strain state of an inelastic material with regard for the dependence of parameters of the flow model on the phase composition of a material is carried out by using of numerical simulation. The main result is the following: qualitative and quantitative effects of phase composition influence on inelastic characteristics are established, namely change of tensile residual stresses on compression. The results obtained in the work can be used in calculations of parameters of surface hardening technologies.