|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Экспериментально-вычислительное исследование трещиностойкости сложных средНИР
- Руководитель НИР: Белякова Т.А.
- Участники НИР: Ахметгалеев А.Ф., Беляев А.П., Гончаров И.А., Костырева Л.А., Кулагин В.А., Ломакин Е.В., Моссаковский П.А., Сахаров А.Н., Чистяков П.В.
- Подразделение: Кафедра теории пластичности
- Срок исполнения: 30 января 2013 г. - 31 декабря 2015 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 13-01-00401 А
- Номер ЦИТИС: 01201355092
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Механика деформируемого твердого тела
- ПН России: Транспортные и космические системы
-
Рубрики ГРНТИ:
- 30.19.29 Разрушение
-
Ключевые слова:
динамическое нагружение, ударная вязкость, механика трещин, трещиностойкость
-
Описание:
Задачей предлагаемого проекта является развитие феноменологических моделей деформирования сложных сред с физически нелинейными свойствами и экспериментально-вычислительное исследование трещиностойкости подобных материалов. На основе анализа результатов экспериментальных исследований по трещиностойкости в условиях динамического нагружения предполагается установить особенности поведения рассматриваемых сред с учетом зависимости от вида напряженного состояния, влияния скорости деформаций и температуры. Планируется сформулировать динамический критерий локального разрушения в окрестности концентратора напряжений, верифицированный в результате комплекса натурных и виртуальных экспериментов, и на его основе оценить степень консервативности традиционного подхода типа Гриффитса применительно к разным материалам. Предполагаемые исследования включают также аналитическое или полуаналитическое решение ряда задач механики разрушения для физически нелинейных сред, равно как и математическое моделирование процессов разрушения с учетом зависимости деформационных свойств среды от вида напряженного состояния. Одной из целей проекта является создание пользовательских алгоритмов для расчетов в вычислительных комплексах LS-DYNA и ANSYS, которые позволят учесть влияние вида напряженного состояния в течение всей истории деформирования.
-
Основные результаты:
Сложное нелинейное поведение поврежденных материалов делает невозможным использование традиционных постановок краевых задач, в частности, задач продольного сдвига, плоской деформации, кручения и др. Поэтому в ходе выполнения проекта будут разработаны новые обобщенные формулировки краевых задач, включающие в себя как частный случай классические постановки, подобно разработанным авторами проекта ранее для задач механики разрушения чувствительных к характеру внешних воздействий сред в условиях плоской деформации. Одной из целей проекта является создание пользовательских алгоритмов для расчетов в вычислительных комплексах LS-DYNA и ANSYS, которые позволят учесть влияние вида напряженного состояния не только в виде уточнения критерия разрушения (единственное, что позволяют сделать наиболее современные модели материалов в этих пакетах), но в течение всей истории деформирования. На основе разработанных формулировок краевых задач и вычислительных моделей для рассматриваемых сред со сложными свойствами будет проведено исследование задач механики разрушения в упруго-пластической среде с зависимостью от вида напряженного состояния. В рамках проекта предполагается проведение натурных и виртуальных экспериментов, включающих эксперименты по методу Кольского, баллистические ударные тесты и испытания на ударную вязкость. Будет исследована зависимость условий разрушения от скорости деформаций, вида напряженного состояния и температуры. На основании полученных данных будет предложена формулировка динамического критерия хрупкого разрушения в окрестности искусственного концентратора напряжений (образцы с U, V -образными вырезами и инициированными плоскими трещинами). Сравнение полученного критерия с классическим подходом типа Гриффитса позволит оценить степень консервативности традиционного подхода применительно к разным материалам.
- Добавил в систему: Белякова Татьяна Александровна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 30 января 2013 г.-31 декабря 2014 г. | Экспериментально-вычислительное исследование трещиностойкости сложных сред |
| Результаты этапа: Рассмотрен один из подходов к определению собственных значений для асимптотического решения в окрестности полубесконечной трещины при смешанном типе нагружения вдали от трещины в среде, чувствительной к виду напряженного состояния. Для определения спектра собственных значений в упругой среде с зависимостью деформационных свойств от вида напряженного состояния предложен вариант метода теории возмущений. Аналитически показано, что для произвольных функций вида напряженного состояния, входящих в определяющие соотношения, значение показателя степени в асимптотическом представлении, соответствующее T-напряжениям, является собственным значением системы уравнений. Определено напряженно-деформированное состояние, соответствующее данному члену асимптотического разложения. Проведено исследование динамических свойств титанового сплава ВТ3-1 в экспериментах на сжатие по методу Кольского с разрезным стержнем Гопкинсона при скоростях деформаций 10^3 с^{-1} в диапазоне температур 20°С-300°С. Разработана методика проведения температурных испытаний по методу Кольского, исследован характер неоднородности температурного состояния в цилиндрических образцах. Получены динамические диаграммы нагружения материала в экспериментах на сжатие по методу Кольского при температурах 20, 100, 200 и 300 °С и характерной скорости деформации 1000 с^{-1}. Определены предельные характеристики титанового сплава ВТ3-1 на сжатие в указанном диапазоне изменения температуры. Характер деформации и разрушения образцов контролировался с использованием высокоскоростной видеосъемки. Проведены исследования статических свойств стальных образцов, а также их динамических свойств в экспериментах на растяжение и сжатие по методу Кольского с разрезным стержнем Гопкинсона при температуре 20°С. Определены характеристики динамического упрочнения исследуемых стальных образцов. Изготовлены стальные образцы с инициированной трещиной для дополнительных испытаний на маятниковом копре. Определены области сигмоидальности кривой сверхпластичности в пространстве параметров структурной реологической модели, представляющей собой смешанное соединение трех нелинейно-вязких элементов. Аналитически показано, что только параллельные или только последовательные комбинации произвольного числа нелинейно-вязких элементов при любых значениях параметров непригодны для описания сигмоидальной кривой. Исследовано влияние типа плетения тканого композита из арамидных волокон на механизм диссипации энергии при пробивании тканевой преграды. Проведены серии натурных и виртуальных испытаний по пробиванию многослойных тканевых преград сферическим стальным ударником и проанализирован характер диссипации кинетической энергии. | ||
| 2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Экспериментально-вычислительное исследование трещиностойкости сложных сред |
| Результаты этапа: Методами теории возмущений проведено исследование спектра собственных значений для асимптотического решения в окрестности вершины трещины для упругого материала с зависимостью деформационных свойств от вида напряженного состояния в условиях смешанного нагружения. Для рассматриваемого типа определяющих соотношений предложен вариант метода теории возмущений, при котором в окрестности некоторого значения из линейно-упругого спектра проводится разложение зависимостей напряжений, перемещений и деформаций от полярного угла в степенной ряд по параметру чувствительности материала к виду напряженного состояния. Рассмотрен случай смешанного нагружения вдали от трещины в условиях плоской задачи. Получены уравнения и граничные условия сопряженной задачи, выписаны условия разрешимости для шести первых членов разложения. Проведены исследования статических свойств стальных образцов, а также их динамических свойств в экспериментах на растяжение и сжатие по методу Кольского с разрезным стержнем Гопкинсона. Определены характеристики динамического упрочнения исследуемых стальных образцов. Изготовлены стальные образцы с инициированной трещиной для испытаний на ударную вязкость. Создано экспериментальное оборудование для модификации комплекса с разрезным стержнем Гопкинсона, позволяющее выполнять эксперименты на ударную вязкость для образцов с инициированной трещиной. Проведены натурные эксперименты на ударную вязкость и выполнена реализация соответствующих виртуальных экспериментов в программном комплексе LS-DYNA с использованием варианта теории течения с изотропным упрочнением и учетом чувствительности критерия разрушения к виду напряженного состояния и скорости деформаций. Проведена идентификация параметров виртуального стенда для испытаний на ударную вязкость, продемонстрировано хорошее количественное и качественное соответствие натурному эксперименту (характер разрушения, соответствующая скорость ударника, число ударных волн, проходящих по передающему стержню до окончательного разрушения образца). Проведено экспериментально-вычислительное исследование по оценке диссипативных факторов в процессах пробивания преград из тканых композитов на основе арамидных волокон. Рассмотрены разнообразные типы 2D плетения слоев (13 типов), а также некоторые характерные виды поперечной прошивки, являющиеся вариантами 3D плетения. Проведены серии натурных и виртуальных испытаний по пробиванию многослойных тканевых преград сферическим стальным ударником. Установлено, что ведущим диссипативным фактором при пробивании тканых преград относительно малой толщины (до 10 слоев) является работа на перемещениях волокон, а не традиционно принимаемые потери на трение и разрушение. В подтверждение этого результата показано, что поперечная прошивка многослойного тканого композита, использующаяся для увеличения его изгибной жесткости, но при этом ограничивающая перемещения волокон, не способствуют улучшению защитных свойств преграды. Методами численного моделирования исследовано влияние формы ударника на пробиваемость многослойных тканых преград. Создано экспериментальное оборудование для проведения испытаний по вытягиванию слоя ткани из тканого пакета для различных значений поперечного давления на экспериментальной установке Zwick/Roell 100. На основе данных экспериментов определены характеристики межволоконного трения для последующего использования в задачах пробивания.Создан виртуальный стенд для моделирования проведенных экспериментов. Исследовано влияние параметров одномерной модели, представляющей собой смешанное соединение трёх нелинейно-вязких элементов, на адекватное описание характерных свойств сверхпластических процессов. Проведены аналитическое отсечение несущественных параметров и классификация полученных при численном моделировании вариантов зависимости напряжения от скорости деформаций. Определены области сигмоидальности кривой сверхпластичности в пространстве параметров нелинейно-вязких элементов. По результатам НИР опубликованы статьи: [1] Белякова Т., Васин Р., Гончаров И. Влияние параметров нелинейно-вязких элементов на моделирование характерных свойств процесса сверхпластичности // Письма о материалах. — 2015. — Т. 5, № 1. — С. 24–29. [2] П. Моссаковский, В. Баландин, А. Беляев и др. Исследование диссипативных факторов при пробивании многослойных тканых преград // Проблемы прочности и пластичности. — 2015. — Т. 77, № 4. — С. 385–392. [3] Экпериментально-вычислительное исследование влияния типа плетения, упрочняющего металлического слоя и поперечной прошивки на пробиваемость многослойных тканевых преград / П. Моссаковский, Л. Костырева, Т. Белякова и др. // XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Казань, 20 – 24 августа 2015 г. CD. Казань, Россия, 20-24 августа. — 2015. По результатам НИР сделаны доклады на конференциях: XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Казань, 20 – 24 августа 2015 г., Казань, Россия. Экпериментально-вычислительное исследование влияния типа плетения, упрочняющего металлического слоя и поперечной прошивки на пробиваемость многослойных тканевых преград (Устный) Авторы: Моссаковский П.А., Костырева Л.А., Белякова Т.А., Беляев А.П., Инюхин А.В. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
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".