Моделирование процессов пластического формоизменения с учетом деформационной повреждаемости тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

На правах рукописи

ТРИШИНА ТАТЬЯНА ЮРЬЕВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ С УЧЕТОМ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ПО ВРЕЖД АЕМОСТИ

Специальность 01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 ПАР 2015

005561273

Тула 2015

005561273

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: Тутышкин Николай Дмитриевич

доктор технических наук, профессор, Тульский государственный университет, профессор кафедры «Строительство, строительные материалы и конструкции», почтовый адрес: 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92

Официальные Помыткин Сергей Павлович, доктор физико-

оппоненты математических наук, доцент,

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, профессор кафедры высшей математики и механики, почтовый адрес: 190000, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 67, лит. А

Алексеев Андрей Алексеевич, кандидат технических наук, доцент,

Тверской государственный технический университет, доцент кафедры «Сопротивления материалов, теории упругости и пластичности»,

почтовый адрес: 170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, д. 22

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Саратовский государственный

технический университет им. Ю.А. Гагарина, почтовый адрес: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Защита состоится « 29 » апреля 2015 г. в 12:00 час, на заседании диссертационного совета Д 212.262.02 при Тверском государственном техническом университете по адресу: 170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22 ауд. Ц-120).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета.

Автореферат разослан « /<£» 02> 2015 г. (

Ученый секретарь

диссертационного совета Сх^ ВМ. Гультяев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процессы пластического формообразования изделий являются очень эффективным технологическим методом производства заготовок и деталей в современном машиностроении, авиастроении, ракетно-космической технике. Традиционный преимущественно макромеханический подход к проектированию и разработке процессов обработки давлением (ОД) изделий с высокими эксплуатационными характеристиками далеко не всегда соответствует предъявляемым требованиям. Успешное решение этой проблемы требует использования связанного физико-механического подхода с прогнозированием макро- и мезоструктурных параметров обрабатываемых давлением материалов на основе современных положений теории пластичности и механики деформационной повреждаемости материалов. Основные соотношения и реологические модели деформируемых тел в теории пластичности включают механические характеристики материалов, которые определяются на основе системы макро-опытов над макро-образцами. Закономерности изменения структуры металлов (микродефектов, величины зерна поликристаллических агрегатов, внутренней энергии упрочнения и т.д.) в макро-опытах не изучаются. Механика повреждаемости деформируемых материалов является быстро развивающейся научной областью. Она изучает закономерности поведения и надежности деформируемых материалов с учетом кинетики их повреждаемости микродефектами. Исследованию процессов пластического деформирования с использованием концепции повреждаемости посвящены работы российских ученых: Л.М. Качанова, Ю.Н. Работнова, В.В. Новожилова, С.И. Губкина, В.Л. Колмогорова, В.Е. Панина, В.А. Лихачева, В.В. Болотина, Ю.И. Кадашевича, С.Д. Волкова, P.A. Васина, С.А. Шестерикова, М.А. Юмашева, В.Н. Кукуджанова, Р.В. Гольдштейна, Ю.Г. Коротких, В.Г. Малинина, Ю.Н. Радаева, Г.Д. Деля, A.A. Богатова, В.А. Огородникова, В.В. Дудукаленко и др. и зарубежных ученых Ч. Чена, С. Кобояши, Ф.А. Макклинтока, А.Л. Гурсона, Д. Крайчиновича, К.Г. Гамильтона, Дж.А. Ламетре, В. Твергарда, Н.Л. Зунга, М.Г. Крокрофта, М. Брюнига, Д.Ж. Латама и др. Экспериментальные исследования показывают, что эксплуатационные свойства деталей машин и аппаратов (способность выдерживать интенсивные силовые и температурные нагрузки, высокие скорости деформации, физико-химические воздействия) зависят не только от макромеханических, но и микроструктурных параметров материала. В связи с этим возникла необходимость в развитии связанного физико-механического подхода к исследованию и моделированию процессов пластического деформирования материалов. Решение этой проблемы возможно только с использованием теории деформационной повреждаемости и применением ее связанных моделей для исследования и проектирования процессов пластического формоизменения.

Диссертационная работа посвящена моделированию пластического формоизменения металлических материалов с учетом их деформационной повреждаемости в процессах с преобладающими растягивающими деформациями, например, в процессах вытяжки оболочечных деталей. В номенклатуре изделий, получаемых ОД, оболочечные детали занимают большой

удельный вес. В опубликованных работах детально изучены энергосиловые и деформационные параметры технологических процессов формообразования оболочечных деталей. Значительно меньшее число работ посвяшено формированию структуры деформируемого материала в этих процессах.

Цель работы. Исследование и моделирование процессов пластического формоизменения с прогнозированием повреждаемости структуры деформируемых материалов.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Сформулированы определяющие соотношения пластического формоизменения повреждаемых материалов;

2. Проведено экспериментальное определение закономерностей пластической повреждаемости алюминиевых сплавов и чистой меди и материальных функций, связывающих деформации на макро- и мезоуровне;

3. Проведено исследование и моделирование процессов вытяжки и штамповки оболочечных и корпусных деталей;

4. Установлены зависимости пластической повреждаемости изучаемых материалов от напряженно-деформированного состояния (НДС);

5. Предложены рекомендации по расчету процессов пластического формоизменения оболочечных деталей с качественной мезоструктурой.

Методы исследования. Исследование и моделирование процессов пластического формоизменения выполнено с использованием основных положений теории пластичности и механики повреждаемости материалов. Материальные функции для процессов пластического формоизменения алюминиевых сплавов и чистой меди определены с использованием современного экспериментального оборудования, в том числе сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Моделирование процессов пластического формоизменения проведено с использованием экспериментально определенных материальных функций.

Автор защищает:

- сформулированные определяющие соотношения процесса пластического формоизменения повреждаемых материалов;

экспериментально определенные закономерности пластической повреждаемости алюминиевых сплавов и чистой меди , а также зависимости, связывающие деформации на макро- и мезоуровне;

- результаты моделирования процессов вытяжки и штамповки оболочечных и корпусных деталей;

- установленные зависимости пластической повреждаемости изучаемых материалов от НДС;

- предложенные рекомендации по расчету процессов пластического формоизменения оболочечных деталей с качественной мезоструктурой.

Научная новизна. Использование дилатансионной модели повреждаемости, связывающей деформации материала на макро- и мезоуровне; экспериментальное определение материальных функций повреждаемого материала с использованием современного научного оборудования.

Пря!сгическая значимость. На основе выполненных исследований установлены зависимости пластической повреждаемости металлических материалов от НДС и предложены рекомендации по расчету процессов пластического формоизменения оболочечных деталей с высокими функциональными свойствами.

Реализация работы. Рекомендации по расчету процессов пластического формоизменения с учетом деформационной повреждаемости апробированы в лабораторных условиях при изготовлении оболочечных деталей. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе по направлению 150400 «Строительство» при подготовке магистров по дисциплинам «Прикладная теория пластичности и ползучести», «Механика поврежденных сред», а также в научно-исследовательской работе студентов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-практической конференции ТулГУ (г. Тула, 2012 - 2014 гг.); межрегиональной научно-технической конференции «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (г. Тула, 2012-2014 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены: в 3 статьях изданий, рекомендованных ВАК для опубликования на соискание ученой степени кандидата технических наук, в 7 докладах научно-технических конференций. Общий объем - 2,9 печ. л., авторский вклад-1,9 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 108 наименований, приложения и содержит 130 страниц машинописного текста, включая 49 рисунков и 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой в работе научно-технической задачи, сформулированы цель работы, положения, выносимые на защиту, научная новизна, методы исследования, практическая ценность, приводятся данные о реализации работы, публикациях, структуре и объеме диссертационной работы, дано краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе работы представлен обзор работ по теории процессов пластического формоизменения металлов с прогнозированием их деформационной повреждаемости. Пластическая деформация металлов сопровождается непрерывным образованием и развитием субмикро- и микротрещин. На развитие повреждённое™ материала микродефектами оказывает сильное влияние НДС. При значительных пластических деформациях происходит интенсивный рост микропор, их объединение и возможное образование крупных полостных дефектов, что приводит к развитию макротрещины. Недооценка поврежденное™ структуры деформируемого материала может приводить к разрушению изделия, либо уже в процессе его изготовления, либо при дальнейшей эксплуатации. Поэтому необходимо отслеживать накопление повреждений как на стадии изготовления изделий, так при их эксплуатации. Подобный подход позволит прогнозировать требуемые функциональные свойства материала, например, его прочностные характеристики

уже на стадии изготовления изделий. Из обзора опубликованных работ следует, что оценка повреждаемости обрабатываемых материалов (и связанный с ней ресурс пластичности) позволяет спроектировать технологический процесс изготовления изделий с рациональным использованием пластических свойств их материала и технологическим обеспечением требуемых эксплуатационных характеристик. На основе проведенного обзора поставлена научно-технологическая задача диссертационного исследования, состоящая в исследовании и моделировании процессов пластического формоизменения с прогнозированием повреждаемости структуры деформируемых материалов.

Во втором разделе описан связанный физико-механический подход к анализу процессов пластического формоизменения, с учетом деформационной повреждаемости материала. За основной физико-структурный параметр принимается повреждаемость материала дефектами деформационного происхождения (су). Пластические деформации в технологических процессах

2

пластического формоизменения достигают 70...90% и в »10 раз превосходят упругие деформации. Поэтому в определяющие соотношения на макроуровне входят только пластические деформации. Обоснованность использования модели жестко-пластического материала при анализе процессов пластического формоизменения обоснована в работах Р. Хилла, В.В. Соколовского, В. Прагера, Л.М. Качанова и др. исследователей. Пластическое формоизменение материалов с прогнозируемой деформационной повреждаемостью описывается в ортогональной системе криволинейных координат .г, (г = 1,2,3) следующими основными и определяющими уравнениями:

СО",,

= (1)

ох,-

= (2)

р ш

/(5у,А,Г) = 0, (3)

с

(4)

~ = (Ь{К,а,Т), (5)

с/1

где <Уу - компоненты тензора напряжений; V, - компоненты вектора скорости;

- девиаторные компоненты напряжений; ¿(/ - компоненты тензора скорости

деформации; Л - степень деформации сдвига (параметр Одквиста), ст = <т / Т -параметр трехосности напряженного состояния {а - среднее напряжение, Т -интенсивность касательных напряжений); /(л,у,Л,7) - пластический потенциал,

Т- термодинамическая температура; а - параметр повреждаемости (физико-структурный параметр); Л - положительная скалярная величина, пропорциональная мощности пластической деформации; р - плотность материала; I - время.

Система (1) - (5) состоит из уравнений равновесия (I), условия сплошности (2), уравнения поверхности текучести (3), условия градиентности скоростей деформации (4) и кинетического уравнения деформационной повреждаемости (5).

Вид кинетического уравнения (5) и входящих в него функций определяется на основе экспериментальных исследований и систематизации накопленных экспериментальных данных об их изменении при различных режимах деформирования.

Деформационная поврежденность металла представляет собой на первой стадии пластической деформации развитие дислокационной структуры и последующее рассеянное образование субмикропор (микропор) и субмикротрешин (микротрещин). При дальнейшей нарастающей деформации наблюдается образование микропор, их рост, коалесценция и, наконец, образование магистральной макротрещины, означающей разрушение металла. Основную роль в развитии деформационной повреждаемости металлических материалов играет порообразование.

В механике деформируемого твердого тела получило распространение представление о поврежденное™, как величине (а), описывающей накопление дефектов в процессе деформации

— = 44^1 < = 1,2..... (6)

Л

где <а(лИ) - функция скорости повреждаемости от параметров, связанных с НДС процесса.

Величина поврежденное™ со е [0;1], где границы интервала соответствуют исходному состоянию материала (с неповрежденной структурой) и моменту макроразрушения. Деформационная повреждаемость металла приводит к пластическому разрыхлению его структуры. Повреждаемость металлов в процессах пластической деформации связана главным образом с развитием порообразования. При построении математической модели пластического поврежденного материала элементарный объем ДК рассматривается как прямоугольный элементарный параллелепипед со стохастическим распределением мезодефектов - пор (рис. I). Мезоэлемент АУме30 представляет собой параллелепипед со вписанной в него порой (рис 2).

макроэлемент поры

макроэлемент <; . - «•'< / /

/Ж /»/<:

поры ../ ¿'V, *

. / ji.fi -'.V / '

/ ¡ЧТ-

[?'//.У

Рис. 1 - Элементарный объем (макроэлемент) со стохастическим распределением пор: а - в начальный момент деформации; б - в текущий момент деформации

Рис. 2 - Мезоэлемент: а - в начальный момент деформации;

б - в текущий момент деформации

Для распространенных в технике конструкционных металлических материалов линейные размеры макро- и мезоэлементов составляют Бмакро = 110-210 мкм, Бмезо = 1-20 мкм. Соответственно их объемное

соотношение Умезо/Умакро «0.75 Ю-6-0.86-Ю-3. В связи с последующим

определением деформаций как на макро-, так и на мезоуровне, будем различать их компоненты (скорости и приращения) следующим образом: еу, ¿у, ¿£у - на

макроуровне, ёу , ёу, ¿ёу - на мезоуровне.

За меру пластического разрыхления (пластической дилатансии) принимается объемная деформация мезоэлементов ёц. Разброс размеров совокупности мезоэлементов в пределах каждого макроэлемента приводит к разбросу индивидуальных значений ¿у , £ у, ¿ёу на каждом этапе деформирования. В связи

с этим возникает необходимость определения наиболее вероятных (модальных) значений деформаций ёу, Ёу, ¿ёу по экспериментально определяемым

распределениям величин Ёу, ёу, (Ну. Поэтому для каждого макроэлемента

должны экспериментально определяться наиболее вероятные величины ёу, ёу,

¿ёу. Модальные значения величин ёу, ¿у, ¿ёу являются мерами

мезодеформации, ассоциированными по отношению к совокупности пор в пределах макроэлемента. Они будут также являться локальной характеристикой деформации макроэлемента на мезоуровне. Методика экспериментального определения мезодеформаций с использованием сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) приводится в следующем разделе 3.

С моментом образования макротрещины связывается момент достижения критической величины пластического разрыхления ёц на мезоуровне. Связь

пластического разрыхления металла с процессом рассеянного образования и роста деформационных мезодефектов позволяет принять в уравнении (6) в качестве

параметра Ajf* линейный инвариант su, т.е. В результате кинетическое

уравнение (6) принимает следующий вид:

do) = £д (7)

dt suKp'

где ен - скорость пластической дилатансии на мезоуровне.

Кинетическое уравнение (7) с учетом связи г„(А) между пластической дилатансией £и и накапливаемой деформацией сдвига макроэлемента Л, имеет следующий вид:

где Кпр - предельная степень деформации сдвига, соответствующая моменту

разрушения; штрих означает дифференцирование по параметру Л; Н = d\/dt -интенсивность скоростей деформации сдвига.

Сформулирована система основных уравнений, описывающих осесимметричное формоизменение материалов с прогнозируемой повреждаемостью. Показано, что характеристическая форма основных и определяющих уравнений осесимметричной деформации позволяет построить устойчивый, быстро сходящийся итерационный процесс решения. В третьем разделе приведены методика и результаты экспериментальных исследований по определению материальных функций £„(Л), £цкр \А„р),

входящих в определяющее соотношение пластической повреждаемости (8). Их определение является сложной экспериментальной задачей, требующей определения деформаций на макро- и мезоуровне. Для их определения проводились опыты по поэтапному пластическому растяжению образцов с использованием СЭМ для определения деформации на мезоуровне . Существенным моментом методики эксперимента является построение полной диаграммы зависимости напряжения от деформации, включая стадию коалесценции пор и развитие макротрещины. Общая схема опытных образцов представлена на рис. 2, а. В качестве изучаемых материалов использовался конструкционный алюминий, алюминиево-магниевый сплав (AIMg3) и чистая медь (Си = 99.97%). Опыты проводились как на сплошных образцах, так и на образцах с искусственными порами, которые позволили выявить влияние на повреждаемость и пластическое разрушение взаимного расположения пор. В опытах на пластическое растяжение испытывались 4 типа образцов из конструкционного алюминиевого сплава (они обозначены индексами А-0, А-1, А-2 А-3) и конструкционного алюминиево-магниевого сплава (АМ-0, АМ-1, АМ-2, АМ-3). Один тип образцов (А-0 and АМ-0) был сплошной, без искусственных дефектов; образцы других типов имели отверстия (имитационные поры).

1 Экспериментальные исследования проводились на кафедре механики сплошных сред и иатериаловедения Берлинского технического университета в рамках соглашения о научном сотрудничестве.

Расположение имитационных пор в образцах А-1: 1с/с1 = 1.5; А-2: 1с/с1-1.7; А-3: 1 /¿/ = 1.9;АМ-1: /с/¿/= 1.5; АМ-2: 1С/с! = 1.7; АМ-3: 1с/с1 = 1.9.

-т—г

к..,'

У

Рис. 2 - Схема образцов для исследования: а - образец на растяжение; б - локальная зона дефектов

Локальная зона с искусственными дефектами находилась в центре образца (рис. 2, б). Она представляет собой линейную цепочку цилиндрических отверстий диаметром ¿ = 0.5 мм с заданным расстоянием между центрами соседних отверстий 1С и заданным углом Э между линией расположения отверстий и направлением растягивающей нагрузки Р (рис. 2). Углы наклона цепочки искусственных пор .9 = 50-65° выбраны в соответствии с экспериментальной гипотезой проф. Екобори, согласно которой поры крупного размера генерируют микрополосы скольжения под углами 55...60 градусов к направлению главного растягивающего напряжения (Екобори, 1965).

Пластическое растяжение опытных образцов осуществлялось на испытательной универсальной машине с измерительным комплексом (рис. 3) при скорости деформирования 15 мм/мин.

Рис. 3 — Измерительный комплекс: а — образец в испытательной машине; б -зона шейки образца; в -измерительные приборы;

Во времени процесса деформации I измерялись сила деформирования Р(г) и относительное удлинение образца е = [/(г) - /0 ]/70 , где /0 ,/(/) - длина рабочей части образца в начальный и текущий момент времени. Качественное развитие дефектов в зоне ЯУЕ фиксировалось путем видеосъемки. Все образцы деформировались поэтапно до разрушения. Основные стадии деформирования образца приведены на рис. 4. После каждого этапа деформации сканировались размеры естественных и искусственных пор.

Рис. 4 - Основные стадии пластической повреждаемости металла а- локальная зона дефектов; б - текущая стадия дефомации; в - коалесценция дефектов (разрыв перемычек); г - развитие макротрещины; д - образец с макротрещиной.

После каждого этапа деформации образца (рис. 5 а) изготавливались микрошлифы из центра шейки (рис. 5 б), которые подвергались электронному сканированию (рис. 5 в). В результате СЭМ установлено, что линейные размеры мезоэлементов находились в диапазоне 5Л(е30 = 0.5-7.0 мкм. Соответственно, линейные размеры макроэлемента 5люкро = 65-85 мкм. Установленное

соотношение их объемов Vмезо'Vмокро 6.3-21.3)10 4 характерно для

конструкционных металлов. Изображения СЭМ макроэлементов со стохастическим распределением мезоэлементов-пор (рис. 6 а) подвергались статистической обработке (рис. 6 б) с помощью специальной встроенной программы. Модальные значения дилатансии пор ёи определялись для каждого макроэлемента со стохастическим распределением этих пор. Степень деформации сдвига А определялась по изменению геометрических размеров каждого макроэлемента.

а) о) е)

Рис. 5 - Схема электронного сканирования дефектов: а - образец в испытательной машине, б - схема вырезания микрошлифов (стрелками показано направление сканирования), в - микрошлифы

а)

тк

Щр. Ш тщ Ш

ш ' > \\

Шё) я ¡■ш Ш

яв ' - | шШШ

Рис. 6 — Статистическая информация о распределении пор в пределах макроэлементов:

а — распределение пор в пределах макроэлементов; б - гистограмма распределения числа пор по их размерам

В результате полученной экспериментальной информации получены зависимости пластической дилатансии еи от степени деформации сдвига А в центре шейки образца (рис. 7).

а)

О 02 ОА 06 се 1.0 1.3 о ез 3.£ &Э 1.0 12 0 01 СЛ Г. £ ВЛ 1С 1.3

Рис. 7 - Зависимости £,,(а): а - алюминиевый сплав; б - сплав А1М§3; в - чистая медь.

Последняя точка кривых соответствует моменту макроразрушения. Существенно также, что объемная деформация на мезоуровне достигает значительных величин (£/,=0.3-1.4), в то время как на макроуровне дилатансия составляет очень малую величину (ец = 0.02-0.03). Установлено образование макротрещин в зоне искусственных дефектов (см. рис. 4). В результате проведенных экспериментов все материальные функции, входящие в соотношение для повреждаемости (8), становятся известными.

Четвертый раздел посвящен моделированию процессов пластического растяжения образцов и вытяжки осесимметричной оболочки из исследуемых материалов. Для расчета деформационной повреждаемости дифференциальное соотношение (8) представляется в интегральной форме:

При поэтапном деформировании интеграл (14) представляется в виде суммы

£У= ¿Асок , (10)

к=1

где А«/. - приращение повреждаемости на к-м этапе; и - число этапов.

На рисунке 8 представлены зависимости деформационной повреждаемости (параметра со) от степени деформации сдвига (Л) для изучаемых конструкционных материалов. Значение со(Апр) соответствует моменту

макроразрушения.

Ф 6) е)

Рис. 8 - Зависимость деформационной повреждаемости (параметр со) от интенсивности деформации сдвига (А) в опытах на пластическое растяжение в

центре шейки образцов: а - конструкционный алюминий; б - сплав А1М§3; в - чистая медь

Предельная степень деформации сдвига А„р существенно зависит от параметра трехосности напряженного состояния ст=ст/Т. Эти зависимости (экспериментальные диаграммы пластичности \пр{о) позволяют использовать

материальные функции для анализа повреждаемости в процессах пластического формоизменения с изменяющимся в пределах пластической области материала параметром а. Выполнен анализ деформационной повреждаемости цилиндрической оболочки при вытяжке с утонением стенки (рис. 9 а). Необходимая информация об НДС получена на основе решения основных уравнений (1) - (4).

Установлено распределение деформаций и деформационной поврежденности по толщине стенки готовой оболочки, которое влияет на её прочностные свойства (рис. 9 б, в).

Рис. 9 — Вытяжка цилиндрической оболочки: а - схема процесса вытяжки; б и в - нарастание повреждаемости при перемещении частиц материала вдоль траектории в пластической области (1,2,3- внутренний, срединный и наружный слои оболочки)

Результаты моделирования показали, что при использовании вытяжной матрицы с углом рабочего конуса 12°... 13°, по сравнению с вытяжкой через

матрицу с большим углом 15°... 18°, достигается более плавное нарастание и снижение уровня повреждаемости материала готовых оболочек для всех исследуемых материалов. Этот результат имеет практическое значение для более обоснованного выбора конструкции вытяжной матрицы. По приведенной методике проведен расчет повреждаемости материала для процесса штамповки профилированных дисков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача, состоящая в исследовании и моделировании процессов пластического формоизменения с прогнозированием повреждаемости структуры деформируемых материалов. Научной новизной решения является использование дилатансионной модели повреждаемости, связывающей деформации материала на макро- и мезоуровне. В процессе проведенного экспериментального исследования с использованием современного научного оборудования и моделирования процессов пластического формоизменения с преобладающими растягивающими деформациями получены следующие результаты и сделаны выводы:

1. Показана принципиальная необходимость использования дилатансионной модели повреждаемости на мезоуровне при больших пластических деформациях,

а также тщательного экспериментального определения материальных функций, входящих в основные соотношения деформационной повреждаемости.

2. Сформулирована система основных уравнений, описывающая пластическое формоизменение материала с учетом деформационной повреждаемости, включая связи между деформациями на макро- и мезоуровне.

3. Разработана и реализована экспериментальная программа на современном научном оборудовании для определения материальных функций, связывающих объемную деформацию материала на мезоуровне со степенью

деформации сдвига на макроуровне.

4. Электронное сканирование дефектов деформационного происхождения показало, что объемная деформация на мезоуровне достигает значительных величин (еп =0.3-1.4), в то время как на макроуровне дилатансия составляет очень малую величину (г,-,-=0.02-0.03). Этот результат обосновывает использование дилатансионной модели на мезоуровне для оценки пластической

повреждаемости материала.

5. На базе дилатансионной модели установлены зависимости деформационной повреждаемости (параметра а) от степени деформации сдвига (А) для изучаемых материалов: конструкционного алюминия, сплава А1М§3 и чистой меди (Си = 99.97%) в процессах с преобладающими растягивающими деформациями (пластического растяжения образцов, вытяжки

осесимметричных оболочек).

6. Результаты моделирования процесса вытяжки осесимметричных оболочек показали, что при использовании вытяжной матрицы с углом рабочего конуса 12°...13°, по сравнению с вытяжкой через матрицу с большим углом

15°... 18°, достигается более плавное нарастание и снижение уровня повреждаемости материала готовых оболочек для всех исследуемых материалов. Этот результат имеет практическое значение для более обоснованного выбора конструкции вытяжной матрицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Тришина Т. Ю. Оценка деформируемости конструкционных материалов при пластической деформации / Т. Ю. Тришина// Материалы докладов IX Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов. - Тула, Изд-во ТулГУ. - 2010. - С. 43 - 48.

2. Тришина Т.Ю. Оценка повреждаемости материала при его пластической деформации / Т.Ю. Тришина, Н.Д. Тутышкин // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Материалы международной научно-технической конференции. -Тула, Изд-во ТулГУ. - 2010. - С. 86 - 89.

3. Тришина Т. Ю. Актуальность и проблемы исследования

деформационной повреждаемости материала изделий с жесткими режимами эксплуатации / Т. Ю. Тришина // Материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее». - Тула, Изд-во ТулГУ. — 2011.-С. 300-304.

Тришина Т. Ю. Предельное состояние осесимметричных элементов строительных конструкций / Т.Ю. Тришина // Сборник материалов XIII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии». Тула, Изд-во ТулГУ.-2012.-С. 115.

Тришина Т. Ю. Актуальность исследования и моделирования процессов локального пластического формоизменения металлов при сложном нагружении / Т.Ю. Тришина // Материалы 2-й международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее». - Тула, Изд-во ТулГУ. — 2012.— С. 212 —214.

Тришина Т. Ю. Конечно-элементное описание процессов локального пластического деформирования строительных материалов / Т. Ю. Тришина // Материалы 2-й международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее». - Тула, Изд-во ТулГУ. - 2012. -С. 218-221.

Тришина Т. Ю. Исследование локального пластического формоизменения циллиндрического полуфабриката в условиях осевой симметрии / Т. Ю. Тришина // Сборник материалов XIV Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии». Тула, Изд-во ТулГУ.-2013.-С. 154- 155.

Тришина Т. Ю. Моделирование процесса локального пластического формоизменения конструкционных сталей в условиях осевой симметрии / Т. Ю. Тришина // Научно-технический вестник Поволжья. Физико-математические науки. - 2014. - №1. - С. 45-48. Тришина Т. Ю. Физнко-механнческие параметры пластически деформируемых материалов при обработке давлением / Т. Ю. Тришина // Научно-технический вестник Поволжья. Физико-математические науки. - 2014. - №3. - С. 43 - 46. Тришина Т. Ю. Предельные кривые роста пор при пластической деформации малоуглеродистой стали / Т. Ю. Тришина // Научно-технический вестник Поволжья. Физико-математические науки. - 2014. - №3. - С. 47 - 49.

Изд.лиц.ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 2.03.2015 Формат бумаги 60x84 'Лб. Бумага офсетная. Усл.печ. л. 0,9 Уч.изд. л. 0,8 Тираж 100 экз. Заказ 009 Тульский государственный университет 300012, г. Тула, просп.Ленина, 92. Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, просп.Ленина, 95.