ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Поставлена задача построения единого критерия разрушения, позволяющего моделировть хрупкое и вязкое микро разрушение при различных скоростях нагружения и температурах. Создание алгоритмов проведения экспериментов по определению новых физических констант развиваемой модели. Разработка компьютерной программы расчета напряжений и возникновения и роста зон микро-трещин, основанной на методе граничных элементов и его модификации - методе разрывных смещений. Применение развиваемой модели к разрушению керамических материалов в условиях лазерного воздействия. Приложение полученных результатов к практически важным задачам в сфере микроэлектроники и трибологии.
В некоторых технологических процессах используется процедура лазерного воздействия на элементы конструкций: для обработки поверхности, разрезания, пробивания отверстий. Во многих механических устройствах используются изделия, поверхность которых термически обработана с целью улучшения эксплуатационных свойств. Например, автомобильные тормозные диски подвергают лазерной обработке для создания поверхностного слоя способного противостоять износу. Во всех случаях лазерного воздействия на поверхность необходимо учитывать возможные негативные эффекты. Важно понимать, что быстрый нагрев поверхности материала приводит к большим температурным градиентам и, соответственно, к возникновению температурных напряжений. Как показывает простейший анализ, температурные напряжения при быстром нагреве могут вызывать внутреннее растрескивание, которое приводит к существенной деградации механических свойств элемента конструкции. Кроме того, во внутренней области среды, прилежащей к нагреваемой поверхности, из-за высокой температуры резко понижается предел текучести. В случае возникновения упругопластического течения в области сжатия после остывания на поверхности возникают растягивающие остаточные напряжения, которые спровоцируют повышенный износ материала. При определенном соотношении параметров нагрева и свойств материала остаточные напряжения могут привести к поверхностному растрескиванию. Изучение этих вопросов чрезвычайно актуально для таких технических проблем, как оценка возможного разрушения композитных конструкций при лазерном нагреве, в условиях локального очага возгорания при пожаре (в частности, композитных крупногабаритных емкостей), а также при технологической лазерной резке конструкций. Отчет за 2011 год включает новые результаты в следующих областях: 1) Решена задача построения единого критерия разрушения, позволяющего моделировать хрупкое и вязкое микро разрушение при применительно к задачам быстрого локального нагрева. В основе критерия лежит принцип предельного значения диссипации энергии. 2) Для определения новых физических констант развиваемой модели предложен набор испытаний совместного термомеханического воздействия на образцы, нагружаемые вплоть до разрушения. 3) Разработан алгоритм расчета напряжений и возникновения и роста зон микро-трещин, основанный на методе граничных элементов и его модификации - методе разрывных смещений. 4) Разработан компьютерный код для анализа деформирования и разрушения керамических материалов в условиях лазерного воздействия. 5) Полученные результаты применены к практически важным задачам в сфере микроэлектроники и трибологии. Новизна представленных результатов в первую очередь связана с формулировкой важной для фундаментальной науки математической модели термомеханического поведения при локальном нагреве керамических материалов, проявляющих как упругие, так и пластические свойства в зависимости от локальных температурных условий. Разработаны методы приближенной оценки нестационарных температурных полей и термопрочности образцов, подвергаемых быстрому нагреву лазерным лучом в процессе воздействия на поверхность. Особенностью поставленной задачи является необходимость учитывать как температурную зависимость теплофизических свойств материала, так и пластическое течение в сильно нагретой области. Разработан метод решения нестационарного линейного и нелинейного уравнения теплопроводности, позволяющий оценить температурные поля в среде, в случае наличия больших температурных градиентов и существования выделенного направления распространения тепла. Температурные напряжения анализируются в рамках упруго-идеально-пластической модели. Дана оценка остаточных напряжений, возникающих после остывания на нагреваемой поверхности. Показано, что при определенном соотношении параметров нагрева и свойств материала остаточные напряжения могут привести к поверхностному растрескиванию, резко повышающему износ рабочей поверхности. Предложены критерий поверхностного растрескивания и некоторые механизмы подавления остаточных напряжений. Проведены исследовательские расчеты определения двумерного напряженно-деформированного состояния и роста трещин в квазистатических и статических задачах на основе компьютерной программы, основанной на методе граничных элементов. Рассмотрены некоторые приложения развиваемой теории разрушения с учетом термодинамических процессов, в деформируемых твердых телах при интенсивной механической и тепловой нагрузки. Рассмотрена задача пробивания отверстия в тонкой керамической пластине в виде диска с точки зрения возникновения микро- и макро- трещин. Быстрый локальный нагрев центральной области диска рассматривается как с точки зрения динамического нагружения, так и с точки зрения квазистатических термомеханических процессов, вызванных теплопроводностью. Рассматривается целый комплекс эффектов: необратимые деформации, зоны адиабатных сдвигов и микроразрушения вызванные этими процессами. Получены в замкнутой форме формулы определяющие температурные поля в многослойном композиционном материале.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2009 г.-31 декабря 2011 г. | Физическое и математическое моделирование хрупкого и вязкого микро разрушения при различных скоростях нагружения и температурах |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".