Разработка модели поврежденности и прогнозирования расслоения при пластической деформации слоистого металлического материала, полученного сваркой взрывом

Веретенникова, Ирина Андреевна

Разработка модели поврежденности и прогнозирования расслоения при пластической деформации слоистого металлического материала, полученного сваркой взрывом тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

Веретенникова, Ирина Андреевна АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Екатеринбург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Разработка модели поврежденности и прогнозирования расслоения при пластической деформации слоистого металлического материала, полученного сваркой взрывом»

Автореферат диссертации на тему "Разработка модели поврежденности и прогнозирования расслоения при пластической деформации слоистого металлического материала, полученного сваркой взрывом"

На правах рукописи

ВЕРЕТЕННИКОВА ИРИНА АНДРЕЕВНА

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПОВРЕЖДЕННОСТИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАССЛОЕНИЯ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ СЛОИСТОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, ПОЛУЧЕННОГО СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ

Специальность 01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени - кандидата технических наук

2 5 ОКТ 2012

Екатеринбург - 2012

005053976

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте машиноведения Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор технических наук, старший научный

сотрудник

Смирнов Сергей Витальевич

Официальные оппоненты: Готлиб Борис Михайлович,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный университет путей сообщения", заведующий кафедрой "Мехатроника"

Залазинский Александр Георгиевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, заведующий лаборатории системного моделирования

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учре-

ждение науки Институт механики Уральского отделения РАН, г. Ижевск

Защита диссертации состоится 02 октября 2012 г. в 15.00 часов на заседаїш диссертационного совета Д 004.023.01 при Федеральном государственном бюджет ном учреждении науки Институте машиноведения Уральского отделения России ской академии наук по адресу: 620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государст венного бюджетного учреждения науки Института машиноведения Уральского от деления Российской академии наук.

Автореферат разослан августа 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор .^¿ъ Коновалов A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современные наука и техника предъявляют к материалам, предназначенным для изготовления деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения, специфические, часто несовместимые, требования. Одним из методов получения подобных материалов является сварка находящихся в контакте поверхностей с использованием энергии взрыва. В результате получается прочное соединение разнородных металлов, не соединяемых традиционными методами. Полученные таким образом материалы могут быть использованы как готовые изделия, либо в дальнейшем подвергаться дополнительной пластической деформации.

Работы в направлении изучения структуры и механических свойств металлических многослойных материалов, полученных сваркой взрывом, проводятся уже в течение нескольких десятилетий. В результате были решены вопросы, связанные с технологией их изготовления, показаны пути улучшения механических свойств готовых изделий, получено большое количество экспериментальных данных, объясняющих различные аспекты строения и управления свойствами данных материалов. В то же время, несмотря на то, что слоистые металлические материалы обладают высокой прочностью, они весьма чувствительны к дефектам типа «расслоение» на сварной границе, появляющимся в процессе их изготовления и эксплуатации, что в определенной степени сдерживает их применение в промышленности.

Современные теоретические представления не позволяют адекватно прогнозировать разрушение расслоением многослойных металлических материалов при их обработке методами пластического формоизменения. В настоящее время известен ряд работ, в которых рассмотрены и обобщены основные положения, используемые при решении задач механики слоистых композиционных материалов (Г.П. Черепанов, А. Ванг, Н. Пэйгано, Т. Фудзии, Ф. Макклинток, В.В. Васильев, Ю.В. Сокол-кин, Б.Е. Победря и др.). Данные подходы позволяют осуществлять прогнозирование расслоения слоистых материалов при малых упруго - пластических деформациях, характерных для эксплуатационных нагрузок, но не могут быть применены к процессам с большими пластическими деформациями. Многочисленные модели механики поврежденности (В.Л. Колмогоров, A.A. Ильюшин, И.А. Кийко, A.A. Богатое, В.А. Огородников, М. Ояне, Д. Ламатре и др.) используются для описания процессов когезионного разрушения монолитного материала и составляющих слоистых материалов, но не позволяют оценивать разрушение расслоением при больших пластических деформациях. В связи с этим актуальным является разработка моделей, позволяющих прогнозировать разрушение многослойных металлических материалов путем расслоения в процессах пластического формоизменения.

Целью диссертационного исследования являлась разработка модели повре-жденности и прогнозирования расслоения при пластической деформации слоистого металлического материала, полученного сваркой взрывом.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем.

Разработана феноменологическая модель поврежденности и прогнозирования разрушения расслоением слоистого металлического материала при пластической деформации, учитывающая влияние напряженного состояния на предельные деформации граничного слоя, вызывающие расслоение по механизму отрыва и сдвига.

Разработана методика определения диаграмм пластичности граничного слоя в слоистом металлическом материале, полученном сваркой взрывом.

Получены новые экспериментальные данные по пластичности граничного слоя в биметалле «08Х18Н10Т+сталь 10», изготовленном сваркой взрывом.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Предложен комплекс механических испытаний, который позволяет определять пластичность при отрыве и сдвиге граничного слоя слоистых металлических материалов при разных, в том числе комбинированных, схемах напряженного состояния. Результаты испытаний представлены в виде диаграмм пластичности, позволяющих адекватно прогнозировать деформацию, при которой в условиях сложного напряженно-деформированного состояния происходит расслоение слоистых металлических материалов, полученных сваркой взрывом.

Разработана модель поврежденное™ и разрушения расслоением многослойных материалов, которая может быть использована для разработки новых и оптимизации существующих технологических процессов пластической деформации слоистых металлических материалов с целью минимизации нарушения сплошности соединения.

Результаты исследований используются в курсе лекций по дисциплине «Моделирование и оптимизация свойств материалов и процессов», входящей в учебный план по направлению 150100 - Материаловедение и технологии новых материалов магистерской программы «Перспективные конструкционные материалы и высокоэффективные технологии» Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Отдельные разделы диссертационной работы выполнялись в рамках работ по Программам Президиума РАН №22 «Фундаментальные проблемы механики взаимодействий в технических и природных системах», № 25 «Фундаментальные проблемы механики и смежных наук в изучении многомасштабных процессов в природе и технике», планам научно-исследовательских работ Института машиноведения УрО РАН, гранту РФФИ № 09-08-01091.

Достоверность результатов подтверждается использованием при моделировании экспериментов численных методов расчета, реализованных в универсальных программах конечно-элементного анализа ANSYS Academic Research v. 14.0 и LS-DYNA 1 CPU vv/LS-PrePost, апробированных при решении задач механики деформируемого твердого тела; современных приборов и методов измерения; значительным объемом экспериментальных данных; воспроизводимостью результатов экспериментов; сопоставлением результатов моделирования с экспериментами, а также с данными полученными другими авторами.

Положения, выносимые на защиту.

Результаты экспериментальных исследований и установленные закономерности расслоения слоистых металлических материалов, полученных сваркой взрывом, при пластической деформации в условиях модельных испытаний и при прокатке.

Модель поврежденное™ и прогнозирования расслоения слоистого металлического материала при пластической деформации и результаты ее экспериментальной проверки в модельных испытаниях и при прокатке.

Методика построения диаграмм пластичности при отрыве и сдвиге граничного слоя многослойного металлического материала.

n^îSïïT" пластичности для граничного слоя биметалла «ивл1бНЮТ+сталь 10».

Результаты сравнения расчетных характеристик напряженно-деформированного состояния на свободной боковой поверхности при прокатке однослойных и многослойных полос с учетом и без учета наличия граничного слоя с измененными свойствами.

Личный вклад. В диссертации обобщены результаты исследований полученные лично автором и в соавторстве. Основная роль в получении и обработке экспериментальных и теоретических данных, анализе и обобщении результатов принадлежит автору работы. Обсуждение и интерпретация полученных результатов проводились совместно с научным руководителем и соавторами публикаций.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на следующих конференциях: V Российская научно-техническая конференция «Математическое моделирование и компьютерный анализ», Екатеринбург, 2008 г.; XXXVI, XXXVIII и ХХХХ Summer School - Conference «Advanced Problems in Mechanics», С.-Петербург, 2008, 2010 и 2012 гг.; IV Международная научно - техническая конференция «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении», Тюмень, 2008 г.; IV и V Российская научно - техническая конференция «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 2009 и 2011 гг.; Международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии (СММТ'2009)», Санкт-Петербург, 2009 г.; «Russian-Germany Travelling Summer bchool -2009», Hamburg, Berlin, Dresden, Erlangen, Regensburg, Munich, 2009' II и III International symposium «Bulk nanostructured materials: from fundamentals to innovations» BNM-2009, Уфа, 2009 и 2011 гг.; IV Международная научно - техническая конференция «Современные методы и технологии создания и обработки материалов», Минск, 2009 г.; XVI и XVII Зимняя школа по механике сплошных сред «Механика сплошных сред как основа современных технологий», Пермь, 2009 и 2011 гг.; V Международный форум «Актуальные проблемы современной науки Естественные науки», Самара, 2010 г.; FERIENAKADEMIE, Sarntal - Italy, 2010; VI и VII Всероссийская конференция «Механика микронеоднородных материалов и разрушение», Екатеринбург, 2010 и 2012 гг.; X Всероссийский съезд «По фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики», Нижний Новгород. 2011 г.

Публикации: основное содержание работы отражено в 24 публикациях, в том числе в 6 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК России.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка цитируемой литературы, включающего 177 наименований, и приложения. Содержание диссертации изложено на 173 страницах, включая 80 рисунков и 20 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тематики исследований, сформулирована цель работы, перечислены полученные автором результаты, раскрыта их научная и практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

Первая глава посвящена обзору современного состояния рассматриваемой темы. Описаны технологические аспекты процесса сварки взрывом, особенности зоны, имеющей место на границе соединения разнородных металлов, проблемы, возникающие при дальнейшем изготовлении готовых изделий из металлических слоистых материалов. Рассмотрены основные модели и подходы к прогнозированию разрушения в механике деформируемого твердого тела. Показано, что на современном этапе развития количественных методов прогнозирования разрушения феноменологические теории разрушения наилучшим образом сочетают глубину описания закономерностей накопления поврежденности при больших пластических деформациях и относительную простоту определения эмпирических параметров в расчетных моделях. Анализ oíe4ecrBeHHbix и зарубежных литературных данных позволил сформулировать задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию исследуемых материалов, используемого лабораторного оборудования и программных комплексов.

Перечень рассматриваемых материалов включал в себя: металлические полосы из сталей 10, 20, 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т; многослойные материалы, следующего состава «12Х18Н10Т+сталь 20+12Х18Н10Т», «08Х18Н10Т+сталь 10», где в качестве основного слоя применялись углеродистые стали 20 и 10, в качестве плакирующих - коррозионностойкие стали аустенитного класса 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т.

Приведены технические характеристики приборов и установок, использованных в экспериментах. В их числе прокатный стан «дуо-кварто 250»; универсальная серво - гидравлическая испытательная машина Instron-8801; система для измерения микротвердости FISCHERSCOPE НМ2000 XYm; сканирующий электронный микроскоп Tescan VEGA II XMU. Экспериментальные исследования деформированного состояния образцов из многослойных металлических материалов при механических испытаниях проводили с использованием системы StrainMaster (бесконтактный оптический комплекс для анализа формы, полей перемещений и деформаций методом корреляции цифровых изображений).

В разделе, посвященном методике моделирования в программах конечно-элементного анализа ANSYS и LS-DYNA, приведены основные уравнения, модели материалов, конечные элементы и их опции.

Третья глава посвящена разработке модели поврежденности и прогнозирования расслоения слоистого металлического материала при пластической деформации.

Исследование видов разрушения на сварной границе слоистого металлического материала

С целью экспериментального выявления видов расслоения на межслойной границе, имеющего место в процессе пластической деформации, проведены испытания на осадку по двум различным схемам расположения образцов (рисунок 1) с применением универсальной серво - гидравлической испытательной машины Instron-8801. Исследовали сварную границу трехслойного материала «12Х18Н10Т + сталь 20+12Х18Н10Т», полученного сваркой взрывом. При испытании по схеме I шов располагался перпендикулярно к бойку, по схеме II - параллельно бойку. В обоих случаях часть образца выходила за пределы контакта с рабочим инструментом. Наличие внеконтактной части образцов приводило к смещению металла в

а б

Рисунок 2 - Вид образцов после испытаний по схемам I (а), II (б) и микрофотографии поверхностей разрушения

направлении, перпенди-

;_Й_. , кулярном движению бой-

3--------' I_________Г'_ ка, и, как следствие, появ-

рш | __ леыию значительных рас-

/¿//////'//у -У '//'/7? //\у- ^ у тягивающих напряжений.

а 6 При деформации по

Рисунок I - Схемы испытаний на осадку I (а) и II (б): 1 - боек, схеме I, разрушение по 2 - трехслойный образец границе сварного шва

(рисунок 2, а) носит

ямочный характер, характерный для нормального отрыва, с отдельными ярко выраженными элементами сдвигового разрушения. При деформации по схеме И, слой из стали 20 деформируется интенсивнее и «выдавливается» из-под более прочных наружных слоев стали 12Х18Н10Т. Поверхность разрушения по механизму сдвига показана на участке А (рисунок 2, б). Увеличенное изображение участка В (рисунок 2, б) иллюстрирует ямочно-сдвиговой характер разрушения. Сдвиг возникает за счет различной величины тангенциального смещения листов металла относительно границы соединения, а отрыв - за счет деформации растяжения граничного слоя в условиях действия растягивающих напряжений во внеконтактной зоне образца.

По результатам проведенных испытаний сделан вывод, что расслоение при пластической деформации слоистых образцов, полученных сваркой взрывом, может происходить по механизму сдвига, отрыва, либо по комбинированному механизму («сдвиг + отрыв»).

Модель поврежденности и разрушения граничного слоя при пластической

деформации

На основании выводов главы 1 и результатов предварительных исследований сформулировали основные гипотезы и допущения, используемые при построении модели.

В качестве объекта исследования рассматривали граничный (промежуточный) слой, включающий границу соединения разнородных материалов и пограничные зоны (рисунок 3, а). Элемент граничного слоя имеет конечные размеры и усредненные механические свойства, отличные от свойств соединяемых материалов.

Предлагаемая модель относится к классу феноменологических континуальных моделей рассеянного разрушения, то есть считали, что материал граничного слоя сохраняет свою макроскопическую сплошность вплоть до возникновения трещины расслоения. Разрушение расслоением происходит по двум основным механизмам -отрыв и сдвиг. Расслоение происходит не внезапно, ему предшествует пластическая деформация граничного слоя. По аналогии с моделями, принятыми в механике коге-зионного разрушения, введено понятие поврежденности, характеризующей в данном случае степень использования ресурса пластичности граничного слоя при разрушении по механизму расслоения. В отличие от сред с изотропными пластическими свойствами, которые рассматриваются в скалярных теориях поврежденное™, пластичность граничного слоя зависит от механизма деформации и существенно отличается при отрыве и сдвиге, поэтому представляли повре-жденность в виде вектора Ш {й)п, (рисунок 4, а), а в качестве меры поврежденное™ о> использовали длину вектора:

= , (1)

где шп, ш5 - поврежденность при отрыве (накопленная за счет деформации в направлении нормали к граничному слою) и сдвиге (накопленная за счет деформации сдвига в плоскости граничного слоя) соответственно. Приняли гипотезу, что расслоению соответствует достижение вектором ш {а)п, 0)5} поверхности разрушения, представляющей собой дугу окружности радиусом ш — 1 (рисунок 4, а). Таким образом, в исходном недеформированном состоянии поврежденность расслоением граничного слоя ш = 0, а в момент разрушения расслоением

0) = ■ (2)

Выражение (2) является записью условия разрушения расслоением элемента граничного слоя.

Ввели локальную ортогональную систему координат 123 (рисунок 3, б), в которой ось 1 всегда совпадает с направлением нормали п к площадке, выделенной на срединной поверхности слоя, а накопленные деформации за счет сдвига лежат в плоскости площадки 23 на срединной.поверхности слоя. Полагали, что расслоение по механизму отрыва определяется деформацией ех = / ЛЬ, а по механизму сдвига - сдвиговыми деформациями £12 — <Ц12(0 & в плоскости 12 и

Рисунок 3 - Элемент граничного слоя: а - расположение элемента слоя в материале; 6 - локальная система координат, определяющая положение элемента граничного слоя относительно нормали п к срединной поверхности слоя

п-иіерхносхьріїтрущешіа

Рисунок 4 - Графическое представление модели разрушения расслоением при пластической деформации (а) и суммирование векторов поврежденности на отдельных этапах (б)

«13=/о В

плоскости 13 (здесь И - компоненты тензора скорости деформации, £ -время).

Деформации е2, е3 и сдвиговая деформация £23 не вызывают относительного смещения соединенных слоев, поэтому в процессе разрушения расслое-

нием не участвует.

Показатель напряженного состояния к = а/т (Г - интенсивность касательных напряжений, а - среднее нормальное напряжение), традиционно используемый в феноменологических моделях когезионного разрушения, при определении зависимости пластичности от напряженного состояния не может быть использован при рассмотрении закономерностей расслоения многослойных материалов, так как он характеризует уровень нормальных напряжений в точке тела. Способность же к расслоению определяется величиной нормального напряжения <тп, направленного вдоль нормали п (рисунок 3, б) к граничному слою. Растягивающее ап способствует образованию новой поверхности при расслоении, а сжимающее - препятствует. Поэтому, в качестве характеристики напряженного состояния, от которой зависят пластичность граничного слоя при сдвиге и при отрыве, приняли показатель

К = у ■ (3)

Приращение величины поврежденное™ по механизму отрыва для граничного слоя зависит от приращения степени деформации г, и предельной пластичности е* при отрыве:

Д Шг, =

ЗХкпУ (4)

Предельная пластичность при отрыве £* является функцией показателя кп и определяется экспериментально.

Расслоение по механизму сдвига определяется деформациями е12 и е13. Приращение поврежденности за счет сдвига Аш3 рассчитывали как

= Дш12 + Дш13 , (5)

где

Де

ДЕ13

Предельная пластичность граничного слоя при сдвиге г; является функцией показателя кп и определяется экспериментально. В формулах (6) и (7) использовали

допущение о том, что величина одинакова для плоскостей 12 и 13. В общем случае это не обязательно, но тогда должен быть решен вопрос о правиле суммирования Аы12 и До)13. Графическую интерпретацию зависимости £$(/сп) назвали диаграммой пластичности граничного слоя при сдвиге, а аналогичную зависимость £п(.кп) - диаграммой пластичности при отрыве.

Ограничили рассматриваемые процессы монотонной деформацией граничного слоя, для описания которой использовали линейную модель накопления поврежден-ности, тогда суммарная поврежденность определялась суммированием векторов поврежденное™ на отдельных этапах (рисунок 4, 6):

-1

(8)

где т — количество этапов деформирования.

В интегральном виде поврежденность при отрыве и сдвиге можно определить следующим образом:

с1£1

_ Г _

"" з тку

£12 ^ £г:

(9)

(10)

гКкп) Л

о о

Заметим, что в традиционном понимании поврежденность рассматривается применительно к процессу когезионного разрушения, при котором, в случае если о) = 1, нарушение сплошности проявляется в виде трещины в материале. В рассматриваемой модели нарушение сплошности происходит по границе соединения материалов, то есть разрушение имеет адгезионный характер. Конечно, разрушение граничного слоя может происходить и по когезионному механизму (например, при разрушении вдоль линии соединения слоев), но при этом расслоение материала по границе соединения не происходит и описанная модель не может быть использована, поскольку нельзя суммировать поврежденность при когезионном и адгезионном разрушении вследствие различной физической природы этих процессов.

Размеры и механические свойства граничного слоя

Особенности определения свойств и размеров граничного слоя сварного соединения рассматривали на примере слоистых материалов «08Х18Н10Т+сталь 10» и

«12X18Н 10Т+сталь 20+12Х18Н10Т». Было показано, что в результате сварки взрывом в материалах «12Х18Н10Т+сталь

20+12Х18Н10Т», «08X18НЮТ+сталь 10» образовалось неразъемное сварное соединение, граница которого имеет характерное «волнообразное» строение (рисунок 5).

Механические свойства определили в опытах на растяжение составляющих слоистого материала сталей 10, 20, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т и самих слоистых материалов 10

5 - Общий виц на границе раздела

Рисунок профиля «08Х18Н ЮТ+сталь 10»

«12Х18Н10Т + сталь 20 + 12Х18Н10Т», «08Х18Н10Т + сталь 10». Установили, что комплекс прочностных и пластических свойств многослойных материалов выше, чем у их отдельных составляющих.

Исследование распределения микротвердости выявило неравномерное упрочнение материалов на границе соединения. При сварке взрывом, вследствие пластической деформации, вблизи сварной границы образовалась зона максимального упрочнения шириной около 0,4 мм. Микротвердость HV 0,05 этой зоны для биметалла «08Х18Н10Т + сталь 10» на 30% выше, чем микротвердость стали 10 и на 35% выше, чем микротвердость стали 08Х18Н10Т. Для трехслойного материала «12Х18Н10Т+сталь 20+12Х18Н10Т» микротвердость HV 0,05 промежуточного слоя на 40% выше, чем микротвердость стали 20 и на 10% выше, чем микротвердость стали 12Х18Н10Т. Таким образом, принимая во внимание результаты по упрочнению вблизи сварных границ в материалах «12Х18Н10Т+сталь 20+12Х18Н10Т» и

«08Х18Н10Т + сталь 10» приняли, что граничный слой имеет толщину 0,4 мм.

С помощью методики восстановления кривой деформационного упрочнения по результатам вдавливания алмазных инденто-ров. разработанной в ИМАШ УрО РАН, была получена кривая сопротивления деформации для граничного слоя в биметалле «08Х18Н10Т +сталь 10»:

crs = 596(1 + 20£)0'2 , (11)

где as - сопротивление деформации, МПа, е - степень пластической деформации.

Графическое представление кривой сопротивления деформации (11) для граничного слоя приведено на рисунке 6.

Экспериментальная методика определения диаграмм пластичности граничного слоя при отрыве и сдвиге

Для построения диаграмм пластичности необходимо не только провести испытания, но и определить в месте разрушения требуемые характеристики напряженно-деформированного состояния. Поэтому методика определения зависимостей пластичности граничного слоя при сдвиге и отрыве от показателя кп, включала следующие этапы проведения экспериментов и обработки их результатов:

• испытания на сдвиг и на отрыв с использованием универсальной испытательной машины Instron -8801 и оптической системы StrainMaster;

определение истории развития напряженно - деформированного состояния по результатам моделирования процессов испытаний в программе ANSYS;

• оценка адекватности моделирования путем сравнения полей деформаций, рассчитанных с использованием программы ANSYS, с результатами обработки видеозаписи испытаний, осуществленной оптической системой Strain Master;

Рисунок 6 - Кривая сопротивления деформации граничного слоя в биметалле «08Х18Н10Т + сталь 10», полученном сваркой взрывом

: г'"'У.

\ 2 /_

• построение диаграмм пластичности в виде аппроксимирующих зависимостей £*(/сп) и по истории развития напряженно - деформированного состояния до

момента возникновения расслоения с использованием метода идентификации.

Для нахождения зависимости £$(кп) использовали схемы испытания, приведенные на рисунке 7. При испытаниях по схеме на рисунке 7, а образец устанавливали между двумя направляющими, так чтобы одна из направляющих была выше образца во избежание его изгиба. Направляющие жестко фиксировались между собой, что исключало возможность их расхождения во время эксперимента. Всю конструкцию в сборе устанавливали на нижнюю плиту испытательной машины и нагружали образец через верхний боек. Деформацию продолжали до момента разрушения по сварному шву.

При схеме испытания, показанной на рисунке 7, б, образец устанавливали в захваты (нижний захват 2 неподвижный, верхний захват 1 приводился в движение). Деформацию продолжали вплоть до момента разрушения по сварной границе.

Для исследования пластичности граничного

а б

Рисунок 7 - Схемы испытаний на сдвиг (Р - прикладываемая нагрузка): а - при осадке (1 - верхний боек, 2 - направляющие, 3 - нижний боек); б - при растяжении (1 - верхний захват, 2 -нижний захват)

і. ю івзхщїїр:

///////// а

У 7У77777777777777

Рисунок 8 - Схемы испытаний на отрыв (Р - прикладываемая нагрузка): а-поперечная осадка; б - по ТУ 27.32.09.010-2005 (1 - оснастка, 2 - пуансон)

слоя в условиях действия нормальных растягивающих напряжений и нахождения зависимости £^(/сп) использовали два вида испытаний; на поперечную осадку и на отрыв по ТУ 27.32.09.010-2005 (рисунок 8). Для испытаний на поперечную осадку из биметалла «08Х18Н10Т + сталь 10» были изготовлены цилиндрические образцы с граничным слоем, расположенным по меридиальной плоскости симметрии. Образцы помещали между плоскими параллельными бойками так, чтобы граничный слой был параллелен действию нагрузки (рисунок 8, а), а затем подвергали сжатию до разрушения.

В ходе проведения испытаний по схеме, показанной на рисунке 8, б, образец укладывали выступающими краями на бортики оснастки 1, затем к верхней выемке в образце подводили пуансон 2 и прикладывали нагрузку Р до разрушения.

Конечно-элементные модели, соответствующие испытаниям на сдвиг и отрыв, приведены на рисунке 9. Размеры моделируемых образцов соответствовали размерам реальных образцов, промежуточный слой задавали шириной 0,4 мм.

r,:ti=U(y>

r,:U =l!(y)

г,:1 =0: u=0

Г,:! =И(У)

Рисунок 9 - Конечно - элементные модели испытаний: а - на срез, б - на сдвиг при растяжении, в -на поперечную осадку, г - на отрыв по ТУ 27.32.09.010-2005 (U* и Uy- перемещение вдоль осей х и у соответственно)

Постановка двумерных задач была выполнена с применением двумерного конечного восьмиузлового элемента Plane 183. Конечно - элементную сетку разбивали неоднородно, со сгущениями в местах, где при решении задачи, возможно большое искажение формы элементов. Контакт инструмента и оснастки с образцом моделировали с помощью контактных пар «абсолютно жесткое тело - деформируемое тело». Граничные условия задавали в перемещениях (рисунок 9), закрепляя от перемещения по всем направлениям неподвижную оснастку, а движение рабочего инструмента подчиняя равномерному закону нагружения Uy = U(y).

Составляющим биметалла присваивали свойства сталей 10 и 08Х18Н10Т, для которых кривые сопротивления деформации получали по результатам экспериментов на растяжение. Упругие свойства задавали в соответствии со справочными данными: для стали 08Х18Н10Т принимали значения нормального модуля упругости Е = 210 ГПа и коэффициента Пуассона v = 0,3, для стали 10 - Е = 200 ГПа, v = 0,28. Для граничного слоя свойства задавали в соответствии с кривой упрочнения (11).

Зависимости степени деформации от нормированного времени испытаний t (0 < С = t/tp < 1, где t и tp текущее время испытания и время, соответствующее возникновению расслоения), полученные в экспериментах и по результатам моделирования испытаний, приведены на рисунке 10.

в г

Рисунок 10 - Зависимость степени деформации от нормированного времени испытаний Ї, полученная в экспериментах и по результатам моделирования испытаний: а - на срез; б - на сдвиг при растяжении; в - на поперечную осадку; г-на отрыв по ТУ 27.32.09.010-2005

Сравнение результатов определения деформированного состояния с помощью оптической системы Э^атМ^ег и конечно - элементного моделирования показало, что расхождение в величине е12 не превышает 3% для испытаний на срез и 10% для испытаний на сдвиг при растяжении; расхождение в величине £1 не превышает 10% для испытаний на поперечную осадку и 15% для испытаний на отрыв по ТУ 27.32.09.010-2005. Это свидетельствует о достаточной адекватности моделирования.

Показатель кп в процессах испытаний не остается постоянным, поэтому функцион&чьные зависимости пластичности граничного слоя на отрыв £^(/сп) и на сдвиг (/сп) находили, используя процедуру идентификации условия разрушения (2). При выборе подходящих функций для описания £„(/{„) исходили из того, что разрушение по механизму отрыва не может происходить, если нормальные напряжения сгп на поверхности соединения листового материала являются сжимающими. В то же время при увеличении растягивающих нормальных напряжений пластичность при отрыве должна уменьшаться. Среди простейших функций наилучшим образом удовлетворять этому условию будет гиперболическая аппроксимация в виде

а1

єп = + bu

где al5 bt - эмпирические коэффициенты.

Предполагая из общих соображений, что сжимающее нормальное напряжение ап способствует увеличению предельной деформации при сдвиге, а растягивающее нормальное напряжение ап - снижению, для описания функции fs*(fcn) была выбрана экспоненциальная зависимость, традиционно использующаяся для аппроксимации диаграмм пластичности при когезионном разрушении:

г* - a2exp{-b2kn), (13)

где а2, b2 - эмпирические коэффициенты.

Таким образом, при известной истории нагружения образцов до момента расслоения по граничному слою условие разрушения (2) справедливо с точностью до неизвестных эмпирических коэффициентов al5 Ъг, а2 и Ь2. Задачу идентификации решали с использованием программы нелинейной оптимизации Generalized Reduced Gradient (GRG2), реализованной в опции «Поиск решения» программы Microsoft Office Excel 2010. Искомыми считали пары значений коэффициентов в формулах (12) и (13), сообщающих минимум функции ошибки F:

F = £(a>p-1)2

(14)

где N - количество испытанных образцов Полученные значения эмпирических коэффициентов аи Ьг, а2 и Ь2. а так же значения функции ошибки и Для испытаний на разрушение по механизму отрыва и сдвига соответственно приведены в таблице 1. Диаграммы пластичности граничного слоя при отрыве и сдвиге представлены на рисунке 11, а и б.

p=i

Таблица I - Коэффициенты аппроксимации диаграмм пластичности на отрыв (12) и сдвиг (13) для граничного слоя в биметалле «08Х18Н10Т+сталь 10», значения функции ошибки Р-, и Р2

ь, а-г Ь? Fz

0,0024 0,034 0,084 0,0205 0,031 0,016

0,0205

а б

Рисунок 11 - Диаграммы пластичности на отрыв (а) и на сдвиг (б) граничного слоя в биметалле «08Х18Н10Т+сталь 10», полученном сваркой взрывом

Проверка адекватности модели

Для проверки адекватности модели разрушения расслоением были проведены испытания для сложного случая напряженно-деформированного состояния при модернизированной схеме поперечной осадки образцов, изготовленных из биметалла «08Х18Н10Т + сталь 10». При испытаниях плоскость соединения слоев была ориентирована не параллельно направлению нагружения, а под углами наклона ф = 5, 10 и 20° (рисунок 12). В этих случаях граничный слой находится под действием не только нормальных, но и сдвиговых напряжений. Испытания проводили до момента разрушения сварной границы, определяемого по результатам видеосъемки. В данных экспериментах разрушение происходило в центре только для образцов с плоскостью соединения слоев, расположенной под углом 5° к направлению нагружения, а для остальных образцов - ближе к контактной поверхности с бойком (рисунок 12).

а б в

Рисунок 12 - Испытания на поперечную осадку при углах наклона сварного шва к направлению нагружения ф = 5° (а), 10° (б) и 20 (в) (на фотографиях образцов черной рамкой выделены участки, где наблюдалось разрушение при испытаниях и были рассчитаны характеристики напряженно-деформированного состояния граничного слоя)

История развития напряженно- деформированного состояния до момента возникновения расслоения определялась по результатам моделирования процесса испытания в программе ANSYS. Для оценки адекватности моделирования расчетные ноля перемещений и деформаций сравнивали с результатами обработки видеозаписи испытаний, осуществленной с использованием оптической системой Strain Master. Характер изменения степени деформации £г и е12 в зависимости от нормированного времени испытаний f при осадке образцов с разными углами наклона границы соединения слоев по отношению к вертикальной оси представлен графически на рисунке 13. Расхождение значений расчетных и опытных величин £г и е12 не превышает 10%, что свидетельствует о достаточной адекватности моделирования.

Порядок нахождения поврежденное™ ш^, соответствующей началу расслоения граничного слоя заключался в следующем. По формулам (12) и (13) находили пластичность £5"и £* для каждого этапа нагружения, используя коэффициенты из таблицы 1. Затем по формулам (4) и (6) рассчитывали поврежденность и Acjs. на каждом шаге и суммировали полученные значения. В итоге получили расчетные значения поврежденное™ ы£ при трех значениях угла наклона промежуточного слоя ф по отношению к вертикали: =1,09, ш™" = 1,11, ш^0" = 1,005. Среднее отклонения расчетных значений от критерия разрушения (2), т.е. от со = 1. со-

е,

0,2 0,4 0,6

(

Рисунок 13 - Изменение степени деформации е12 (а) и (б) в зависимости от нормированного времени испытаний С при поперечной осадке образцов с разными углами наклона, полученное в экспериментах (пунктирные линии) и при моделировании (сплошные линии)

ставило примерно 7%, что является вполне приемлемым для практических инженерных расчетов.

Четвертая глава посвящена применению разработанной модели для исследования расслоения многослойных материалов в технологическом процессе пластической деформации. В качестве такого процесса выбрали прокатку полосы из слоистого материала на гладких валках. В данном случае частью сварной границы наиболее подверженной разрушению является боковая кромка полосы.

Для испытания были использованы образцы из биметаллического соединения «08Х18Н10Т + сталь 10». Прокатку осуществляли на прокатном стане дуо-кварто ИМАШ УрО РАН в валках диаметром 250 мм с частным обжатием 10% вплоть до момента разрушения образцов. После каждого прохода поперечные шлифы и свободную боковую поверхность полос исследовали на электронном сканирующем микроскопе, что дало возможность получить полную картину развития поврежденное™ межслойного соединения при пластической деформации прокаткой (рисунок 14). На приведенных фотографиях показано, что изначально плоская боковая поверхность полосы по мере увеличения количества проходов искривлялась за счет большей величины уширения слоя из стали 10. При этом, несмотря на увеличение кривизны поверхности в месте соединения слоев, нарушения сплошности не наблюдалось вплоть до 5-го прохода (рисунок 14, в), когда происходил видимый сдвиг слоя стали 10 и его кромка начинала загибаться на боковую поверхность слоя стали 08Х18Н10Т. На снимке, сделанном после 6-го прохода (рисунок 14. г), показано разделение разрушенной сдвигом границы.

Моделирование процесса прокатки осуществляли в программе Адекватность моделирования проверили при решении задач с использованием экспериментальных данных Тарновского И.Я., Леванова А.Н. и др. по исследованию контактных напряжений при холодной прокатке алюминиевых образцов начальной высотой Н0=36; 12; 6 и 1,5 мм, шириной В0 = 36 мм на лабораторном стане в валках диаметром 196 мм на установившейся стадии процесса. Решение этих задач позволило выявить влияние на результаты количества элементов, величины свободных

ІШІ мь-м

В Г

Рисунок 14 - Общий вид боковой поверхности и поперечного сечения образцов после прокатки после прохода: а - №1; б -№3; в - №5; г- №6

участков полосы на входе и выходе из валков, а так же подобрать их оптимальные величины.

Для исследования напряженно-деформированного состояния на середине свободной боковой кромки полосы было проведено дополнительное моделирование процесса прокатки стали 20 в составе однослойной и трехслойной полос, со следующим сочетанием слоев «12Х18Н10Т+сталь 20+12Х18Н10Т», «М1+сталь 20+М1». Выбор материалов трехслойных полос обусловлен разными значениями предела текучести и склонностями к деформационному упрочнению стали 12Х18Н10Т и меди М1. Исходная общая толщина полос была одинаковой и составляла #0= 9 мм, ширина - В0 = 30 мм, для слоистых материалов толщина внутреннего слоя из стали 20 составляла 5 мм, а для наружных плакирующих слоев стали 12Х18Н10Т и меди М1 - по 2 мм. Степень относительного обжатия при прокатке равнялась е = 10%. При моделировании варьировали форму очага деформации за счет использования валков разных диаметров £>в = 250; 130; 50 мм. Решение задач по прокатке позволило определить накопленную степень деформации сдвига и распределение показателей напряженно - деформированного состояния. Анализ результатов расчетов показал, что принципиальных отличий в изменении параметров напряженно-деформированного состояния, контролирующих накопление повреж-денности и когезионное разрушение материала при прокатке однослойных и многослойных полос, не наблюдается. Таким образом можно сделать вывод, что при решении технологических задач механики по прогнозированию когезионного разрушения напряженно-деформированное состояние металла на свободной боковой поверхности при прокатке однослойной полосы достаточно близко к наряжено-деформированному состоянию свободной боковой поверхности слоя из того же металла при прокатке многослойной полосы.

Далее осуществили моделирование прокатки двухслойной полосы «08Х18Н10Т + сталь 10» с промежуточным граничным слоем толщиной 0,4 мм. Моделирование процесса прокатки для целей прогнозирования расслоения многослойного материала следует вести с явным выделением граничного слоя в модели и учетом его механических свойств. Конечно-элементная модель, соответствую-граничным слоем, приведена на рисунке 15. Характеристики напряженно-деформированного состояния, необходимые для расчета гюврежденности расслоением определяли вдоль линии, соответствующей положению середины граничного слоя биметалла. Поврежденностью граничного слоя за счет отрыва на боковой поверхности полосы при прокатке пренебрегали, т.е. а)п = 0, так как напряжения, действующие по нормали к граничному слою, являются сжимающими. Поэтому разрушение расслоением происходило только за счет сдвига, а формула (1) для расчета поврежденное™ граничного слоя по мере прохождения элементом граничного слоя очага деформации имела вид

Рисунок 15 -Конечно - элементная модель при прокатки двухслойной полосы

щая прокатке двухслойной полосы с

сиЕ = = ^[(Да>12), + (До,13),]

(15)

;'=і

где / - количество участков разбиения траектории движения элемента граничного ■ слоя через очаг деформации; (До>12);- и (Ды13);- - приращение поврежденности под действием сдвиговых деформаций (Дг12); и (Дг13);:

гл л СА£12)у (Д£із)у

В формуле (16) пластичность граничного слоя на сдвиг £^(/сп) находится по формуле (13) при значениях эмпирических коэффициентов из таблицы 1.

Из расчетных данных следует, что за один проход суммарная поврежденность расслоением, накапливаемая граничным слоем на боковой поверхности прокатываемого образца, равна = 0,16. Величина суммарной поврежденности при многопроходной прокатке с частными обжатиями равными 10 % приведена в таблице 2.

Прогноз разрушения, осуще-

Таблица 2 - Накопление поврежденности граничного слоя по проходам при прокатке двухслойной полосы «08Х18Н10Т+сталь 10» с частным обжатием 10%

№ прохода I 2 3 4 5 6 7

СОЇ 0.16 0,32 0.48 0,64 0,8 0,96 1,12

стеленный на основании расчетов по предложенной модели (таблица 2), показал, что разрушение граничного слоя по механизму расслоения наступает в проходах № 67. Эти результаты соответствуют экспериментальным данным, согласно которым расслоение сварной границы на свободной боковой поверхности при прокатке полосы наблюдается в проходе № 6.

Таким образом, результаты экспериментов показали возможность использования разработанной модели для прогнозирования расслоения при прокатке листовых металлических многослойных материалов, изготовленных сваркой взрывом.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. По результатам предварительных исследований установлено, что при пластической деформации расслоение металлических слоистых материалов, изготовленных сваркой взрывом, в зависимости от условий деформирования, происходит по механизму сдвига, отрыва или смешанному «отрыв + сдвиг».

2. В рамках феноменологического подхода к разрушению разработана модель поврежденности и прогнозирования расслоения сваренного взрывом слоистого металлического материала при пластической деформации в условиях сложного напряженно-деформированного состояния.

3. В качестве объекта исследования при моделировании разрушения расслоением предложено использовать элемент граничного слоя конечной толщины с усредненными свойствами, включающего границу соединения и отличающуюся по механическим свойствам от свойств составляющих многослойного соединения. Для слоистых материалов «08Х18Н10Т+сталь 10» и «12Х18Н10Т+сталь 20+12Х18Н10Т» определены толщина граничного слоя и кривая сопротивления деформации.

4. Предложена и апробирована экспериментальная методика, позволяющая определять пластичность при отрыве £п(кп) и сдвиге от показателя напряженного состояния кпдпя граничного слоя слоистых металлических материалов при разных, в том числе комбинированных, схемах напряженного состояния. С использованием этой методики построены диаграммы пластичности при отрыве и сдвиге для граничного слоя биметалла «08Х18Н10Т+сталь 10».

5. Сопоставление результатов расчетов по разработанной модели поврежденности и разрушения слоистых металлических материалов по механизму расслоения с экспериментальными данными, полученными при поперечной осадке образцов биметалла «08Х18Н10Т+сталъ 10», показало, что разработанная модель может быть использована для прогнозирования расслоения многослойных материалов, полученных сваркой взрывом, при пластической деформации в условиях сложного напряженно-деформированного состояния.

6. Осуществлено конечно-элементное моделирование прокатки однослойной, двухслойной и трехслойной полос. Адекватность моделирования проверена по результатам сравнения экспериментальных и расчетных данных по распределению нормальных напряжений на контактной поверхности металла с валками.

7. Проанализировано полученное при моделировании распределение показателей напряженно-деформированного состояния и накопленной степени деформации сдвига на середине свободной боковой кромки при прокатке однослойной полосы из стали 20 и среднего слоя из стали 20 в материалах «12Х18Н10Т+сталь 20+12Х18Н10Т» и «медь М1+сталь 20+медь М1». В результате было показано, что их отличие является несущественным, поэтому для целей прогнозирования когези-онного разрушения при прокатке слоистых металлических материалов достаточно ограничиваться расчетом параметров напряженно-деформированного состояния для случая прокатки однородной однослойной полосы тех же размеров.

8. Установлено, что для целей прогнозирования расслоения многослойных материалов, полученных сваркой взрывом, при прокатке следует явным образом вводить в конечно - элементную модель граничный соединительный слой с его экспериментально определенными механическими свойствами. В противном случае это приве-

дет к значительным погрешностям при расчете характеристик напряженно-деформированного состояния.

9. Проведено экспериментальное исследование разрушения боковой поверхности биметалла «08Х18Н10Т+ сталь 10» при прокатке. Установлено, что расслоение происходит по механизму сдвига. С увеличением числа проходов сдвиг слоев полосы при уширении продолжается и в определенный момент происходит разрушение свободной боковой кромки слоя из стали 10 по механизму когезионного разрушения. Объединение трещин расслоения и трещин на боковой поверхности приводит к возникновению трещины, распространяющейся вглубь полосы и возникновению поперечного разрыва.

10. Сопоставление результатов расчетов по разработанной модели поврежденно-сти и разрушения слоистых металлических материалов по механизму расслоения с экспериментальными данными, полученными при прокатке биметалла «08Х18Н10Т+сталь 10», показало, что разработанная модель может быть использована для практических расчетов с целью прогнозирования расслоения при прокатке слоистых металлических материалов, полученных сваркой взрывом.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в научных изданиях, входящих в список ВАК РФ:

1. Гладковский C.B., Трунина Т.А., Коковихин Е.А., Вичужанин Д.И., Голубкова (Веретенникова) И.А. Структура и свойства композита из сталей 12Х18Н10Т+сталь 20, полученного сваркой взрывом// Металловедение и термическая обработка металлов. - 2009. - №9 (651). - С. 34-39.

2. Гладковский C.B., Трунина Т.А., Коковихин Е.А., Вичужанин Д.И., Голубкова (Веретенникова) И.А. Формирование структуры и свойств слоистых соединений металлов// Заготовительные производства в машиностроении. - 2010. - №4. - С. - 4145.

3. Смирнов C.B., Голубкова (Веретенникова) И.А. Моделирование процесса холодной прокатки тонких полос методом конечных элементов// Заготовительные производства в машиностроении. - 2010. - №5. - С. - 27-30.

4. Голубкова (Веретенникова) И.А. Моделирование процесса холодной прокатки однослойных и трехслойных полос методом конечных элементов// Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2011. - № 4. - С. 1442-1444.

5. Коновалов Д.А., Голубкова (Веретенникова) И.А., Смирнов C.B. Определение прочностных свойств отдельных слоев деформированных слоистых композитов методом кинетического индентирования//Дефектоскопия. -2011. -№ 12. - С. 91-98.

6. Горкунов Э.С., Задворкин С.М., Туева Е.А., Поволоцкая A.M., Горулева JI.C., Веретенникова И.А., Каманцев И.С. Диагностика состояния композиционного материала «сталь 08X18НЮТ - сталь 10» и его компонент, подвергнутых пластической деформации, методами магнитной структуроскопии// Дефектоскопия. - 2012. - № 6. -С. 30-43.

Основные публикации в научных изданиях, не входящих в список ВАК РФ:

1. Гладковский C.B., Трунина Т.А., Коковихин Е.А., Вичужанин Д.И., Голубкова (Веретенникова) И.А. Получение композита из метастабильной стали 12Х18Н10Т и

СтО сваркой взрывом с последующей прокаткой// Новые материалы, неразрушаю-щий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении: Сборник докладов 4-ой Международной научно - технической конференции. - Тюмень: ТюмГНГУ. - 2008.

- С. 35-39.

2. Смирнов С.В., Голубкова (Веретенникова) И.А. Исследование процесса получения слоистых металлических композитов, полученных сваркой взрывом и последующей прокаткой// Современные металлические материалы и технологии (СММТ'2009): Сборник трудов Международной научно-технической конференции.

- Санкт-Петербург: Изд. Политехнического университета. -2009. - С. 357-358.

3. Golubkova (Veretennikova) I. Investigation of the metal roll - bonding process// Abstract book Russian-Germany Travelling Summer School - 2009: Hamburg, Berlin, Dresden, Erlangen, Regensburg, Munich. - 2009. - P. 18-20.

4. Gladkovsky S.V., Smimov S.V., Kokovihin E.A., Golubkova (Veretennikova) I.A., Trunina T.A. Investigation of accumulative roll - bonding process of similar and composite metallic materials and alloys//C6opHHK трудов 2-го Международного симпозиума по объемным наноструктурным материалам BNM-2009. - Уфа: УГАТУ. - 2009. - С. 219-220.

5. Смирнов С.В., Гладковский С.В., Голубкова (Веретенникова) И.А., Коковихин Е.А., Вичужанин Д.И. Исследование процесса «сварка взрывом + пакетная прокатка» для производства композитных материалов// Сборник докладов IV Международной научно - технической конференции Современные методы и технологии создания и обработки материалов. - Минск: ФТИ НАН Беларуси. - 2009. - С. 17-22.

6. Голубкова (Веретенникова) И.А., Смирнов С.В. Применение метода конечных элементов при моделировании процесса холодной прокатки// Труды 5-го Международного форума (10-й Международной конференции молодых ученых и студентов) Актуальные проблемы современной науки, Естественные науки. - Самара: СамГТУ. -2010.-С. 49-52.

7. Smirnov S.V., Golubkova I.A. Investigation of failure of multilayered composite materials received by explosion welding and rolling// Book of abstracts of XXXVIII Summer School - Conference Advanced Problems in Mechanics. - Saint-Petersburg: IPME RAS. - 2010. - P. 91.

Формат 60x84/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,39. Уч.-изд. л. 1,49. Тираж 100 экз. Заказ № 59

Отдел дизайна и полиграфии Издательского дома «Уральская государственная юридическая академия». 620137, Екатеринбург, ул. Комсомольская, 23

ІЗДАТЕЛЬСКИИ ДОМ

«Уральская государственная юридическая академия»

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Веретенникова, Ирина Андреевна

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1 Модели разрушения многослойных материалов при деформации.

1.2 Методы испытания металлических слоистых материалов.

1.3 Технологический процесс получения многослойных материалов - сварка взрывом.

1.4 Выводы и задачи исследования.

2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Материалы исследования.

2.2 Оборудование и методы экспериментальных исследований.

2.3 Программное обеспечение для моделирования напряженно-деформированного состояния.

3 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПОВРЕЖДЕННОСТИ И РАЗРУШЕНИЯ ГРАНИЧНОГО СЛОЯ ПО МЕХАНИЗМУ РАССЛОЕНИЯ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ.

3.1 Исследование видов разрушения на сварной границе металлического слоистого материала.

3.2 Модель поврежденности и разрушения граничного слоя при пластической деформации.

3.3 Размеры и механические свойства граничного слоя.

3.4 Экспериментальная методика определения диаграмм пластичности граничного слоя при отрыве и сдвиге.

3.5 Проверка адекватности модели.

ВЫВОДЫ.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СЛОИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ

ПРОКАТКЕ.

4.1 Моделирование процесса прокатки полос.

4.2 Сопоставление напряженно-деформированного состояния на свободной боковой поверхности при прокатке однослойных и многослойных полос.

4.3 Исследование деформации и разрушения межслойной границы в двухслойной полосе при прокатке.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертация по механике, на тему "Разработка модели поврежденности и прогнозирования расслоения при пластической деформации слоистого металлического материала, полученного сваркой взрывом"

Современные наука и техника предъявляют к материалам специфические, часто несовместимые, требования - высокую прочность и низкую плотность, износостойкость и электропроводность, коррозионную стойкость и теплопроводность и т.п. Исходя из этого, одной из наиболее важных задач современного производства является изготовление материалов со специальными свойствами, предназначенных для изготовления деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения, способных длительное время и с высокой степенью надежности эксплуатироваться в тяжелых условиях внешнего нагружения.

Анализ тенденций развития современного производства свидетельствует о том, что одно из эффективных решений отмеченной проблемы заключается в разработке и создании композиционных материалов. По определению А.Г. Кобелева [1], слоистая металлическая композиция или слоистый металл - это материал, состоящий из двух или более слоев двух или более разнородных металлов, обладающий новыми качествами, отличными от качеств исходных металлов. Такой материал должен быть соединен в монолитную конструкцию, сохраняющую надежную связь составляющих при дальнейшей технологической обработке и в условиях эксплуатации. Основным процессом получения слоистых металлических материалов является сварка находящихся в контакте поверхностей металлов, в результате которой возникает прочное сцепление слоев. Такая сварка может быть осуществлена различными методами, среди которых перспективным является сварка взрывом [2].

Работы в направлении изучения структуры и механических свойств металлических многослойных материалов, полученных сваркой взрывом, проводятся уже в течении нескольких десятилетий [3-12]. В результате были решены многие проблемы, связанные с технологией получения, показаны пути улучшения их механических свойств, получено большое количество экспериментальных данных, объясняющих различные аспекты строения и управления их свойствами. Слоистые металлические материалы, обладая высокой прочностью, в то же время весьма чувствительны к дефектам типа «расслоение» в сварной зоне, появляющимся в процессе их изготовления и эксплуатации, что в определенной степени сдерживает их применение в качестве конструкционных материалов.

Современные теоретические представления не позволяют адекватно прогнозировать разрушение расслоением многослойных металлических материалов при их обработке методами пластического формоизменения. В настоящее время известен ряд работ, в которых рассмотрены и обобщены основные положения, используемые при решении задач механики слоистых композиционных материалов (Г.П. Черепанов, А. Ванг, Ы. Пэйгано, Т. Фудзии, Ф. Макклинток, В.В. Васильев, Ю.В. Сокол-кин, Б.Е. Победря и др.). Данные подходы позволяют осуществлять прогнозирование расслоения слоистых материалов при малых упруго - пластических деформациях, характерных для эксплуатационных нагрузок, но не могут быть применены к процессам с большими пластическими деформациями. Многочисленные модели механики поврежденности (B.JL Колмогоров, A.A. Ильюшин, И.А. Кийко, A.A. Бога-тов, В.А. Огородников, М. Ояне, Д. Ламатре и др.) используются для описания процессов когезионного разрушения монолитного материала и составляющих слоистых материалов при больших пластических деформациях. Однако в механике поврежденности не представлены модели, позволяющие оценивать разрушение расслоением слоистых материалов при пластической деформации. В связи с этим актуальным является разработка моделей, позволяющих прогнозировать разрушение слоистых металлических материалов путем расслоения в технологических процессах пластического формоизменения.

Целью диссертационного исследования являлась разработка модели поврежденности и прогнозирования расслоения при пластической деформации слоистого металлического материала, полученного сваркой взрывом.

Научная новизна результатов работы

Практическая значимость результатов работы

Разработана модель поврежденности и разрушения расслоением многослойных материалов, которая может быть использована для разработки новых и оптимизации существующих технологических процессов пластической деформации слоистых металлических материалов с целыо минимизации нарушения сплошности соединения.

Результаты исследований используются в курсе лекций по дисциплине «Моделирование и оптимизация свойств материалов и процессов», входящей в учебный план по направлению 150100 - Материаловедение и технологии новых материалов магистерской программы «Перспективные конструкционные материалы и высокоэффективные технологии» кафедры металловедения Института материаловедения и металлургии ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Достоверность результатов подтверждается использованием при моделировании экспериментов численных методов расчета, реализованных в универсальных программах конечно-элементного анализа ANS YS Academic Research v. 14.0 и LS-DYNA 1 CPU w/LS-PrePost, апробированных при решении задач механики деформируемого твердого тела; современных приборов и методов измерения; значительным объемом экспериментальных данных; воспроизводимостью результатов экспериментов; сопоставлением результатов моделирования с экспериментами, а также с данными полученными другими авторами.

Положения, выносимые на защиту

Модель поврежденности и прогнозирования расслоения слоистого металлического материала при пластической деформации и результаты ее экспериментальной проверки в модельных испытаниях и при прокатке.

Диаграмма пластичности для граничного слоя биметалла «08Х18Н10Т+сталь 10».

Личный вклад автора.

В диссертации обобщены результаты исследований, полученные лично автором и в соавторстве. Основная роль в получении и обработке экспериментальных и теоретических данных, анализе и обобщении результатов принадлежит автору работы. Постановка задачи исследования, обсуждение и интерпретация полученных результатов проводились совместно с научным руководителем.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на следующих конференциях: V Российская научно-техническая конференция «Математическое моделирование и компьютерный анализ», Екатеринбург, 2008 г.; XXXVI, XXXVIII и ХХХХ Summer School - Conférence «Advanced Problems in Mechanics», С.-Петербург, 2008, 2010 и 2012 гг.; IV Международная научно-техническая конференция «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении», Тюмень, 2008 г.; IV и V Российская научно - техническая конференция «Ресурс и диагностика материалов и конструкций», Екатеринбург, 2009 и 2011 гг.; Международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии (СММТ'2009)», Санкт-Петербург, 2009 г.; «Russian-Germany Travelling Summer School - 2009», Hamburg, Berlin, Dresden, Erlangen, Regensburg, Munich, 2009; II и III International symposium «Bulk nanostructured materials: from fundamentals to innovations» BNM-2009, Уфа, 2009 и 2011 гг.; IV Международная научно - техническая конференция «Современные методы и технологии создания и обработки материалов», Минск, 2009 г.; XVI и XVII Зимняя школа по механике сплошных сред «Механика сплошных сред как основа современных технологий», Пермь, 2009 и 2011 гг.; V Международный форум «Актуальные проблемы современной науки. Естественные науки», Самара, 2010 г.; FERIENAKADEMIE, Sarntal - Italy, 2010; VI и VII Всероссийская конференция «Механика микронеоднородных материалов и разрушение», Екатеринбург, 2010 и 2012 гг.; X Всероссийский съезд «По фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики», Нижний Новгород, 2011 г.

Публикации

Основное содержание работы отражено в 24 публикациях, в том числе в 6 статьях в рецензируемых журналах из перечня ВАК России.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка цитируемой литературы, включающего 177 наименований, и приложения. Содержание диссертации изложено на 173 страницах, включая 80 рисунков и 20 таблиц.

Заключение диссертации по теме "Механика деформируемого твердого тела"

выводы

1. Осуществлено конечно-элементное моделирование прокатки однослойной, двухслойной и трехслойной полос. Адекватность моделирования проверена по результатам сравнения экспериментальных и расчетных данных по распределению нормальных напряжений на контактной поверхности металла с валками.

2. Проанализировано полученное при моделировании распределение показателей напряженно-деформированного состояния и накопленной степени деформации сдвига на середине свободной боковой кромки при прокатке однослойной полосы из стали 20 и среднего слоя из стали 20 в материалах «12Х18Н10Т+сталь 20+12X18Н10Т» и «медь М1+сталь 20+медь М1». В результате было показано, что их отличие является несущественным, поэтому для целей прогнозирования когези-онного разрушения при прокатке слоистых материалов можно упростить моделирование, ограничиваясь расчетом параметров напряженно-деформированного состояния для случая прокатки однородной однослойной полосы тех же размеров.

3. Установлено, что для целей прогнозирования расслоения слоистых материалов, полученных сваркой взрывом, при прокатке следует явным образом вводить в конечно - элементную модель граничный соединительный слой с его экспериментально определенными механическими свойствами. Это связано с тем, что значения параметров напряженно-деформированного состояния, рассчитанные для прокатки однородной однослойной полосы и полосы с выделенным граничным слоем, значительно отличаются.

4. Проведено экспериментальное исследование разрушения боковой поверхности двухслойной полосы «08Х18Н10Т+ сталь 10». Установлено, что расслоение при прокатке происходит по механизму сдвига. При дальнейшей прокатке сдвиг слоев полосы при уширении продолжается, и, вследствие неблагоприятного напряженно-деформированного состояния, происходит разрушение свободной боковой кромки слоя из стали 10. Объединение трещин расслоения и трещин на боковой поверхности приводит к возникновению трещины, распространяющейся вглубь полосы, и возникновению поперечного разрыва.

5. Сопоставление результатов расчетов по разработанной модели повреж-денности и разрушения слоистых металлических материалов по механизму расслоения с экспериментальными данными, полученными при прокатке биметалла «08Х18Н10Т+сталь 10», показало, что разработанная модель может быть использована для прогнозирования расслоения при прокатке слоистых металлических материалов, полученных сваркой взрывом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

4. Предложена и апробирована экспериментальная методика, позволяющая определять пластичность при отрыве £„(/сп) и сдвиге £х(А:п) от показателя напряженного состояния кп для граничного слоя слоистых металлических материалов при разных, в том числе комбинированных, схемах напряженного состояния. С использованием этой методики построены диаграммы пластичности при отрыве и сдвиге для граничного слоя биметалла «08Х18Н10Т+сталь 10».

5. Сопоставление результатов расчетов по разработанной модели поврежденно-сти и разрушения слоистых металлических материалов по механизму расслоения с экспериментальными данными, полученными при поперечной осадке образцов биметалла «08Х18Н10Т+сталь 10», показало, что разработанная модель может быть использована для прогнозирования расслоения многослойных материалов, полученных сваркой взрывом, при пластической деформации в условиях сложного напряженно-деформированного состояния.

10. Сопоставление результатов расчетов по разработанной модели поврежденности и разрушения слоистых металлических материалов по механизму расслоения с экспериментальными данными, полученными при прокатке биметалла

154

08Х18Н10Т+сталь 10», показало, что разработанная модель может быть использована для практических расчетов с целью прогнозирования расслоения при прокатке слоистых металлических материалов, полученных сваркой взрывом.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Веретенникова, Ирина Андреевна, Екатеринбург

1. Кобелев А.Г., Лысак В.И., Чернышев В.Н. Производство слоистых композиционных материалов. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. - 496 с.

2. Гельман A.C. Плакирование стали взрывом. М.: Машиностроение, 1978. -270 с.

3. Трыков Ю.П., Шморгун В.Г., Гуревич Л.М. Деформация слоистых композитов: Монография. Волгоград: ВолГТУ, 2001. - 242 с.

4. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. - 686 с.

5. Лысак В.И., Кузьмин C.B. Микронеоднородность сваренных взрывом соединений// Известия Волгоградского государственного технического университета: Межвуз. сб. науч. ст. 2004. - Вып.1, №6. - С. 4-22.

6. Седых B.C. Классификация, оценка и связь основных параметров сварки взрывом// Сварка взрывом и свойства сварных соединений. Межвуз. сб. науч. тр-Волгоград: ВолгПИ. 1985. - С.3-30.

7. Трыков Ю. П., Шморгун В.Г., Проничев Д.В. Методы исследования строения и свойств переходных зон сваренных взрывом металлических КМ: Учеб. пособие. -Волгоград: Политехник, 2002. 104 с.

8. Дерибас A.A. Физика упрочнения и сварка взрывом. 2-е изд., доп. и перераб. -Новосибирск: Наука, 1980 220 с.

9. Захаренко И.Д. Сварка металлов взрывом. Мн.: Навука i тэхнжа, 1990. -205 с.

10. Лысак В.И., Кузьмин C.B.; Patón Е.О. Electric Welding Institute of NASU. -Kiev, 2003.- 118 c.

11. Лысак В.И. Сварка взрывом: монография / В.И. Лысак, C.B. Кузьмин. М.: Машиностроение - 1, 2005. - 544 с.

12. Кузьмин В.И., Кузьмин C.B., Пеев А.П. Методики испытаний сваренных взрывом композиционных материалов. Волгоград: ВолгГТУ, 2011. - 66 с.

13. Gajanan P. Chaudhari, Viola Acoff. Cold roll bonding of multi layered bi-metal laminate composites// Composites Science and Technology. - 2009. - № 69. - P. 16671675.

14. Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов. M.: Наука, 1983.-264 с.

15. Разрушение, том 1. Под ред. Г.Либовица, пер. с англ. под ред. А.Ю. Ишлин-ского. -М.: Мир, 1973. 615 с.

16. Херцберг Р.В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов. М.: Металлургия, 1989. - 576 с.

17. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир, 1970.-443 с.

18. Griffith A.A. The phenomenon of repture and flow in solids. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Sereis A 221, 1921. P.163-198.

19. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. M.: Наука, 1974. - 640 с.

20. Райе Д. Математические методы в механике разрушения. В кН.: Разрушение, том 2. Род ред. Г. Либовица. М.: Мир, 1975. - С. 204-336.

21. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974.-311 с.

22. Композиционные материалы: Справочник/ В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др.; Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнапольского. М.: Машиностроение, 1990. - 512 с.

23. Зинер К. Упругость и неупругость металлов. В кН.: Упругость и неупругость металлов. М.: Изд-во ИЛ, 1954. - С. 9-168.

24. MottN.F. Brittle fracture in mild plates// Engineering. 1948.- v. 165.-P. 16-18.

25. Стро A.H. Зарождение трещин в металлах с объемноцентрированной кубической решеткой. В кН.: Атомный механизм разрушения. Пер. с англ. под ред. М.А. Штремеля. М.: Металлургиздат, 1963. - С. 138- 143.157

26. Коттрелл А.Х. Теоретические аспекты процесса разрушения. В кН.: Атомный механизм разрушения. Пер. с англ. под ред. М.А. Штремпеля. М.: Металлургиздат, 1963.-С. 30-68.

27. Степанов A.B. Роль деформации в процессе разрушения твердых тел. Проблемы прочности и пластичности металлов. Сб. научных трудов ЛФТИ. Л.: Науки, 1979.-С. 10-26.

28. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. Часть II. Конечные деформации. Пер. с англ. под ред. А.П. Филина. М.: Наука, 1984.-432 с.

29. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Том 2. М.: Металлургия, 1960.-416 с.

30. Bekofen W.A. Fracture of Engineering Materials. ASM: Metal Park, 1964

31. Cocroft M.G. Ductility. Ohio: ASM; Metals Park, 1968. - 199 p.

32. Макклинток Ф. Пластические аспекты разрушения материалов. Разрушение, том 3. Под ред. Г. Либовица. М.: Мир, 1976. - С. 67-262.

33. Скуднов В.А. Предельные пластические деформации металлов. М.: Металлургия, 1989.- 176 с.

34. Григорьев А.К., Колбасников Н.Г., Иванов A.B. и др. Условия зарождения трещины в деформированном металле// Известия АН СССР. Металлы, 1989, №4, с. 148-152.

35. Киселев А.Б., Юмашев М.В. Деформирование и разрушение при ударном на-гружении. Модель поврежденности термоупруго-пластической среды// Прикладная механика и техническая физика. 1990 -№ 5. - С.115-123.

36. Хайкин Б.Е. Термодинамическое обоснование критериев разрушения в условиях обработки металлов давлением// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1983. -№1. - С. 26-31.

37. Cocroft M.G., Latham D.J. Dictility and the workability of metals// Journal of the Institute of Metal. 1968. - v. 96. -№ 2. - P. 33-39.158

38. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир, 1970.-443 с.

39. Tomason P.F. Ductile fracture of metals. Oxford: Pergamon Press, 1980. - 315 p.

40. Rice J., Tracey D.M. On the ductile enlargement of voids in tnaxial stress fields// ¿Mechanical and Physics Solid. 1969. - V. 17. - P. 201-211.

41. Большанина M.A., Панин B.E. Скрытая энергия деформации. Исследования по физике твердого тела. М.: Изд-во АН СССР, 1957. - С. 193-233.

42. Скуднов В.А. Предельные пластические деформации металлов. М.: Металлургия, 1989.- 176 с.

43. Коновалов A.B. Многомерные модель и критерий вязкого разрушения при пластической деформации// Проблемы прочности. 1988. -№ 9. - С. 14-18.

44. Ильюшин A.A. Об одной теории длительной прочности// Механика твердого тела. Инженерный журнал. 1967. - № 3. - С.21-35.

45. Кийко и.А. Теория разрушения в процессах пластического течения. В кН.: Обработка металлов давлением. Межвузовский сборник. Свердловск.: изд. УПИ, 1982.-С. 27-40.

46. Дель Г.Д. Пластичность деформированного металла// Физика и техника высоких давлений. 1983.-Вып. 11.-С. 28-32.

47. Работнов Ю.Н. О механизме длительного разрушения// Вопросы прочности материалов и конструкции. 1959. - С. 5-7.

48. Колмогоров B.JI. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970.-229 с.

49. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов C.B. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. - 144 с.

50. Испытания металлов: Справочник/ Под. Ред. X. Блюменаура; пер. с нем. Под ред. M.JI. Бернштейна. М.: Металлургия, 1979. - 447 с.

51. Богатов A.A. Исследование пластичности и разрушения металла при обработке давлением. Дисс. канд.техн.наук. Свердловск, 1969. - 186 с.159

52. Дзугутов М.Я. Пластичность, ее прогнозирование и использование при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1984. - 64 с.

53. СмирновАляев Г.А. Механические основы пластической обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1968. - 269 с.

54. СмирновАляев Г.А., Чикидовский В.П. Эксперементальные исследования в обработке металлов давлением. Л.:Машиностроение, 1972. - 360 с.

55. Красневский С.М., Макушок Е.М., Щукин В.Я. Разрушение металлов при пластическом деформировании. Минск: Наука и техника, 1983. - 173 с.

56. Паршин В.А., Зудов Е.Г., Колмогоров В.Л. Деформируемость и качество. М.: Металлургия, 1979. - 192 с.

57. Богатов A.A., Колмогоров В.Л. Условие разрушения металлов при знакопеременном деформировании с произвольной формой цикла// Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1973. - №4. - С. 102-104.

58. Огородников В.А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением. -Киев: Вища школа, 1983. 175 с.

59. Коновалов A.B. Построение математической модели разрушения при пластической деформации методами теории идентификации. В кн.: Обработка металлов давлением. Межвузовский сб-к. Свердловск: изд. УПИ, 1985. - С. - 24-29.

60. Смирнов С.В., Швейкин В.П. Пластичность и деформируемость углеродистой стали. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. - 256 с.

61. Готлиб Б. М. Основы статистической теории обработки металлов давлением: Методы решения технол. задач. М.: Металлургия, 1980. - 168 с.

62. Atkins A.G. Fracture Research in Retrospect// An Anniversary Volume in Honour of George R. Irwin's 90th Birthday/ Ed. S. H.P. Rossmanith, A.A. Balkema. Rotterdam: Brookfield, 1997. P. 327-350.

63. Залазинский А.Г. Пластическое деформирование струтурно-неоднородных материалов. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. - 493 с.

64. Карпинос Д.М., Тучинский Л.И., Вишняков Л.Р. Новые композиционные материалы. Киев: Вища шк., 1977. - 312 с.

65. Ершов A.A., Мыльников A.C., Сычева Т.А. Исследование условий деформирования разнородных металлов при совместной холодной прокатке// Механика композитных материалов. 1985. -№ 1. - С. 104-108.

66. Адаме Д.Ф. Упругопластическое поведение композитов// Композиционные материалы. Т.2. Механика композиционных материалов. М.: Мир, 1978. -С. 196-241.

67. Абросимов H.A. Методика построения разрешающей системы уравнений динамического деформирования композитных элементов конструкций. Учебно методическое пособие. - Н.Новгород: ННГУ, 2010. - 40 с.

68. Алфутов H.A., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчёт многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984. - 263 с.

69. Бохоева Л.А., Антохонов В.Б., Зангеев Б.И. Теоретическая оценка максимальных размеров безопасных дефектов типа отслоений //Материалы Международной научной конференции «Проблемы механики современных машин». Улан-Удэ. -2000. С.14-15.

70. Lissenden С .J., Lerch D.A., Herakovich С.Т. Response of SiC/Ti under combined loading. Part III: Microstructural evaluation// J. Compos. Mater. 1996. - V. 30., N1. -P. 84-108.

71. Серенсен C.B., Зайцев Г.П. Несущая способность тонкостенных конструкций из армированных пластиков с дефектами. Киев: Наукова думка, 1982. - 295 с.

72. Bottega W.J., Maewal A. Delamination buckling and growth in lamination// Journal Applied Mechanics. 1983.-Vol. 50.-№ 1.-P. 184- 189.

73. Horban В., Palazotlo A. Experimental buckling of cylindrical composite panels with eccentrically located cirlular delaminations// Journal spacecraft and Pochets. 1987. -Vol. 24.-№4.-P. 349-355.

74. Krueger R., O Brien К. A shell/3D modeling technique for the analysis of deiami-nated composite laminates// AIAA Journal. 2000. - Vol. 37. - №6. - P.25-44.

75. Залазинский А.Г. Математическое моделирование процессов обработки давлением структурно-неоднородных материалов. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. - 89 - 600 с.

76. Залазинский А. Г., Поляков А.П., Поляков П.А. Системное моделирование технологического комплекса изготовления композитов электротехнического назначения// Известия вузов. Цветная металлургия. 2009. - N 3. - С. 64-70.

77. Бывальцев C.B., Залазинский А.Г., Поляков А.П. Интеллектуальная система управления процессом прессования композитов// Справочник. Инженерный журнал. -2008.-N9.-С. 43-48.

78. Бывальцев C.B., Залазинский А.Г., Поляков А.П. Экспериментально-аналитический метод расчета поврежденности композита при выдавливании// Известия вузов. Цветная металлургия. 2008. -N 4. - С. 26-32.

79. Шабашов A.A., Залазинский А. Г. Определение оптимальных режимов калибровки прокаткой композитной электротехнической шины// Заготовительные производства в машиностроении (кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2008. - N 7. - С. 46-49.

80. Композиционные материалы. В 8-ми т. Т.2. Механика композиционных материалов/ Под. Ред. Дж. Сендецки. М.: Мир, 1978. - 564 с.

81. Bottega W.J. Peeling of a cylindrical layer// International Journal of Fracture. -1988. Vol. 38. -№ 1. - P. 3 - 14.

82. Buchanan G.R., Hung Y.K., Chin H.J. Nonlinear analysis for a champed bar// Transactions of the American society of Mechanical Engineers. 1969. - Vol. 36. - №2. -P. 355-357.

83. Shivacumar K.N., Whitcomb J.D. Buckling of Sublaminate in a Quasi-Isotropic Composite Laminate// Journal of Composite materials. 1985.- Vol. 19. - № 1. - P.2-18.

84. Алфутов H.A., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчёт многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. — М.: Машиностроение, 1984. 263 с.

85. Мартиндейл Д.Л. Точный упрощенный метод исследования поведения тонких пластин при больших прогибах// Аэрокосмическая техника. 1988. - № 11. — С. 131-138.

86. Ilic S., Williams J.F. Compression failure modes in composits// Theoretical and applied Fracture Mechanics. 1986. - Vol.6. - №2. - P. 121-127.

87. John W., Gillspie J., Pipes R.B. Compressive strength of Composite Laminates with Anterlaminar Defects// Composite structures. 1984. - Vol. 2. - P. 49-69.

88. Johnson J., Sridharan S. Evaluation of strain energy release rates in delaminates under Compression// AIAA Journal. 1999. - Vol. 37. - №8. - P. 954-962.

89. Yin W. -L., Wang J.T.S. Yhe Energy- Release Rate in the Growth of a One Dimensional Delamination// Journal of applied Mechanics. - 1984. - Vol.51. - P. 939-941.

90. Kim H. J. Postbuckling analysis of composite laminates// Computers and Structures. 1997. - Vol. 62. - № 6. - P. 975-983.

91. Kim S., Cho M. Postbuckling of delaminated composites under compressive loads using global-local approach// AIAA Journal. -1999. Vol. 37. - №6. - P. 774-778.

92. Kim S., Cho M. Efficient higher-order shell theory for laminated composites with multiple delaminations// AIAA Journal. 2003. - Vol. 41. - №5. - P. 941-950.

93. Болотин B.B. Дефекты типа расслоений в конструкциях из композиционных материалов// Механика композиционных материалов. 1984. - № 2. - С. 239-256.

94. Болотин В.В., Зебельян З.Х., Курзин JI.A. Устойчивость сжатых элементов с дефектами типа расслоений// Проблемы прочности. 1980. - № 7. - С. 3-8.163

95. Сиратори М., Миеси Т., Мацусита X. Вычислительная механика разрушения. -М.: Мир, 1986.-336 с.

96. Циглер Г. Основы теории устойчивости конструкции. М.: Мир, 1971. - 192 с.

97. Хеллан К. Введение в механику разрушения. М.: Мир, 1988. - 364 с.

98. Си Д. Механика разрушения композитных материалов// Механика композитных материалов. 1979. - №3. - С. 434- 446.

99. Фудзии Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов. -М.: Мир, 1982.-232 с.

100. Chai Н., Babcock C.D., Two dimensional modeling of Compressive Failure in De-laminated laminates// Journal of Composite materials. - 1985. - Vol. 19. - №1. -P. 67-91.

101. Болотин B.B., Зебельян 3.X., Курзин JT.А. Устойчивость сжатых элементов с дефектами типа расслоений// Проблемы прочности. 1980. - № 7. - С. 3-8.

102. Бохоева Л.А. Устойчивость и рост круглых расслоений в слоистых элементах конструкций//Изв. вузов.Машиностроение. 1989. -№8. - С. 12-15.

103. Chen Н.Р., Doong J.L. Postbuckling Behavior of a Thick Plate// AIAA Journal. -1983.-Vol. 21. —№ 8.-P. 1157-1161.

104. Феодосьев В.И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов. -М.: Наука, 1973.-399 с.

105. Dharen С.К.Н. Fracture mechanics of Composite materials// Journal of Materialsand Technology. -1978. Vol. 100. -№ 3. - P. 233 -247.

106. Овчинский A.C. Процессы разрушения композиционных материалов. Имитация микро- и макромеханизмов на ЭВМ. М.: Наука, 1988. - 277 с.

107. Huang Н., Kardomateas G. Buckling and initial postbuckling behavior of sandwich beams including transverse shear// AIAA Journal. 2002. - Vol. 40. - №11. -P.2331-2335.

108. Kulkarni S.V., Frederick D. Propagation of delamination in a laiered cylindrical shell// International Journal of Fracture. 1973. - Vol.9. - №1. - P. 113-115.164

109. Sheinman I., Kardomateas G. Energy release rate and stress intensity factors for de-laminated composite laminates// International Journal of Solids and Structures. 1997. -Vol.34.-№4.-P. 451-^459.

110. Вильдельман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов/ под ред. Ю.В. Соколкин. М.: Наука. ФИЗМАТЛИТ, 1997. - 288 с.

111. Sheinman I., Kardomateas G. Energy release rate and stress intensity factors for de-laminated composite laminates// International Journal of Solids and Structures. 1997. -Vol.34.-№ 4.-P.451-459.

112. Бохоева Л.А. Влияние дефектов типа отслоений в слоистых пластинах на величину критической нагрузки// Вестник БГУ. Улан-Удэ. 2005. - Вып.5. -С.243-264.

113. Тарнопольский Ю.М. Опасность расслоения коротких металлокомпозитных стержней при осевом сжатии// Механика полимеров. 1978. - № I. - С. 27-33.

114. Сборовский А.К., Савельев Н.Ф. Механизмы разрушения ориентированных стеклопластиков при сжатии// Вопросы судостроения. Технология судостроения. -1976.-Вып. 12.-С. 12-18.

115. Трошин В.П. Влияние продольного расслоения в слоистой цилиндрической оболочке на величину критического внешнего давления// Механика композитных материалов. 1982. - № 5. - С. 838 - 842.

116. Bottega W.J., Maewal A. Delamination buckling and growth in lamination// Journal Applied Mechanics. 1983. - Vol. 50. - № 1. - P.l 84 - 189.

117. Kim S., Cho M. Postbuckling of delaminated composites under compressive loads using global-local approach//AIAA Journal. 1999. - Vol. 37. - №6. - P.774-778.

118. Chai H., Babcock C.D., Knous W.G. One dimensional modeling of failure in laminated plates by delamination buckling// Intonation Journal of Lolids and structures. -1981.-Vol. 14.-№ l.-P. 1069-1083.

119. Chen H.P. Shear deformation theory for compressive delamination buckling and growth// AIAA Journal. 1991. - Vol. 29. - № 5. - P. 813 - 819.

120. Трошин В.П. К устойчивости цилиндрических оболочек с расслоениями// Механика композитных материалов. 1981. - № 4. - С. 729 - 731.

121. Kim S., Cho М. Effcient higher-order shell theory for laminated composites with multiple delaminations// AIAA Journal. -2003. Vol. 41. -№5. -P.941-950.

122. Akke S.J. Suiker, Norman A. Fleck Vodelling of fatigue crack tunnelling and de-lamination in layered composites// Composites: Part A. 2006. - № 37. - P. 1722-1733.

123. Marcela V. Cid Alfaro, Akke S.J. Suiker, Rene de Borst, Joris J.C. Remmers Analysis of fracture and delamination in laminates using 3D numerical modelling// Engineering Fracture Mechanics. 2009. - № 76. - P. 761 - 780.

124. Alberto Diaz Diaz, Jean-Francois Caron. Interface plasticity and delamination onset prediction// Mechanics of Materials. 2006. - № 38. - P. 648-663.

125. Alberto Diaz Diaz, Jean-Francois Caron. Prediction of the onset of mode III delamination in carbon epoxy laminates// Composite Structures. - 2006. - № 72. -P. 438-445.

126. Xiao J.R., Gama B.A., Gillespie Jr. J.W. Progressive damage and delamination in plane weave S-2 glass/SC-15 composites under quasi-static punch-shear loading// Composite Structures. 2007. - № 78. - P. - 182-196.

127. Greve L., Pickett A.K. Delamination testing and modelling for composite crash simulation// Composites Scienand Technology. 2006. -№ 66. - P. 816-826.

128. Desimone H., Beretta S. Mechanisms of mixed mode fatigue crack propagation at rail butt welds// International Journal of Fatigue. 2006. - № 28. - P. 635-642.

129. David J. Elder, Rodney S. Thomson, Minh Q. Nguyen, Murray L. Scott. Review of delamination predictive methods for low speed impact of composite laminates// Composite Structure. 2004. - № 66. - P. 677-683.

130. Стружанов В.В. Об остаточных напряжениях после прокатки и расслоении двухслойных полос// Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. Науки. -2008. № 2 (17). - С.1-10.

131. Ванг А. Анализ разрушения через межслойное растрескивание. В кН.: Меж-слойные эффекты в композиционных материалах// Под ред. Н.Пэйгано. -М.: Мир, 1993.-С. 88-136.

132. Вильдельман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных мтаериалов/ под ред. Ю.В. Соколкин. М.: Наука. ФИЗМАТЛИТ, 1997. - 288 с.

133. Засуха П.Ф., Корщиков В.Д., Бухвалов О.Б., Ершов А.А. Биметаллический прокат. М.: Металлургия, 1971. - 264 с.

134. Чепурко М.И., Остренко В.Я., Когадеев А.А. Производство биметаллических труб и прутков. М.: Металлургия, 1986. - С. 240.

135. Williams J.G. Large Displacement and End Block Effects in the 'DCB' Interlaminar Test in Modes I and II// Journal of Composite Materials. 1987. - № 21. - P. - 330-347.

136. Khalili S.M.R., Mittal R.K., Gharibi Kalibar S. A study of the mechanical properties of steel/aluminium/GRP laminates// Materials Science and Engineering A. 2005. - Vol. 412.-P. 137-140.

137. Kinloch, A.J. and Osiyemi, S.O. Predicting Fatigue Life of Adhesively-Bonded Joints// Journal of Adhesion. 1993. - Volume 43. - P. 79-90.

138. ASTM D 1781-98. Standard Test Method for Climbing Drum Peel for Adhesives. ASTM Standards Volume 15.06.

139. ASTM D 3433-99. Standard Test Method for Fracture Strength in Cleavage of Adhesives in Bonded Metal Joints. ASTM Standards Volume 15.06.

140. Sushanta Kumar Panda, D. Ravi Kumar, Harish Kumar, Nath A.K. Characterization of tensile properties of tailor welded IF steel sheets and their formability in stretch forming// Journal of Materials Processing Technjlogy. 2007. - Vol. 183. - P. 321-332.

141. Чепурко М.И., Остренко В.Я., Глускин Л.Я., Бережко Б.И., Буйновский A.M., Резников Е.А., Пелюхов Б.Д., Краснов А.Н., Коновалов В.П. Биметаллические материалы. Л.: Судостроение, 1984. - 272 с.

142. ISO 9664: 1995, Adhesives—Test Methods for Fatigue Properties of Structural Ad-hesives in Tensile Shear. ASTM Standards Volume 15.06.

143. ASTM D 3166-99, Standard Test Method for Fatigue Properties of Adhesives in Shear by Tension Loading (Metal/Metal). ASTM Standards Volume 15.06.

144. Рябов B.P. Применение биметаллических и армированных сталеалюминевых соединений. М.: Металлургия, 1975, 288 с.

145. Chang P., Mouritz А.Р., Сох B.N. Properties and failure mechanisms of pinned composite lap joints in monotonic and cyclic tension// Composite Science and Technology. 2006. - Vol. 66. - P. 2163-2176.

146. Sadowski Т., Knee M., Golewski P. Experimental investigations and numerical modelling of steel adhesive joints reinforced by rivets// International Journal of Adhe-sion& Adhesives. 2010. - Vol. 30. - P. 338-346.

147. Tricarico L., Spina R. Experimental investigation of laser beam welding of explosion welded steel/aluminium structural transition joints// Materials and Design. — 2010. — Vol. 31.-P. 1981-1992.

148. ТУ 27.32.09.010-2005. Сталь листовая двухслойная коррозионно-стойкая, изготовленная методом сварки взрывом.

149. ASTM D 2095-96 (2002), Standard Test Method for Tensile Strength of Adhesives by Means of Bar and Rod Specimens. ASTM Standards Volume 15.06.

150. Родионова И.Г., Быков А.А., Бакланова O.H. Перспективы использования биметаллической многослойной металлопродукции для защиты оборудования и коммуникаций от коррозии// Практика противокоррозионной защиты. 1998. -№3(9).-С. 50-55.

151. Ahmet Durgutlu, Behcet Gulenc, Fehim Findlick Examination of copper/stainless steel joints formed by explosion welding // Materials and Design. 2005. - №26. -P. 497-507.

152. Гуляев А.П. Металловедение. M.: Металлургия, 1977. - 647 с.

153. Астров Е.И. Плакированные многослойные металлы. М.: Металлургия, 1965.-239 с.

154. Король В.К., Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия, 1970. - 237 с.

155. Потапов И.Н., Лебедев В.Н., Кобелев А.Г., Кузнецов Е.В., Быков A.A., Ключников P.M. Слоистые металлические композиции. М.: Металлургия, 1986. - 216 с.

156. Кобелев А.Г., Потапов И.Н., Кузнецов Е.В. Технология слоистых металлов. -М.: Металлургия, 1991.-252 с.

157. Сатонин A.B., Кулик Т.А., Кулик H.A. Математическое моделирование процесса плакирования тонких биметаллических композиций// Обработка материалов давлением.-2008.-№1 (19).-С. 110-114.

158. Zhang Х.Р., Yang Т.Н., Castagne S., Gu C.F., Wang J.T. Proposal of bond criterion for hot roll bonding and its application// Material and design. 2011. - № 32. -P. 2239-2245.

159. Ершов A.A., Мыльников A.C., Сычева Т.А. Исследование условий деформирования разнородных металлов при совместной холодной прокатке// Механика композитных материалов. 1985.-№1.-С. 104-108.

160. Hayashi Т. Analytical Study of interlaminar shear stresse in a Laminate Composite Plate// Trans. Jpn. Soc. Aeron. & Space Sei. 1967. - № 10(17). - P. 43^-8.

161. Коновалов Д.А., Смирнов C.B., Коновалов A.B. Определение кривых деформационного упрочнения металлов по результатам вдавливания конических инденто-ром. Дефектоскопия, 2008, №12. - С. 55-63.

162. Басов К.А. ANSYS: Справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2005, 640 с.

163. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. с англ. -М.: Мир, 1986.-318 с.

164. LS-DYNA theory manual. Livermore Software Technology Corporation. 2005. -680 p.

165. Anup A. Kuldiwar. Finite element modeling of strip curvature during// 9th International LS-DYNA Users Conference. 2008. - P. 17-23.

166. Гладковский C.B., Трунина Т.А., Коковихин E.A., Вичужанин Д.И., Голубкова (Веретенникова) И.А. Формирование структуры и свойств слоистых соединений металлов// Заготовительные производства в машиностроении. 2010. -№4. -С. -41-45.

167. ГОСТ 10885-85. Сталь листовая горячекатаная двухслойная коррозионно-стойкая.

168. Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С.А. и др. Марочник сталей и сплавов / Под общ. ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

169. Volinsky A.A., Moody N.R., Gerberich W.W. Interfactial toughness measurements for thin films on substrates// Acta Materia. 2002. - № 50. P. 441-466.

170. Тарновский И.Я., Леванов A.H., Поксеваткин М.И. Контактные напряжения при пластической деформации. М.: Металлургия, 1966. - 280 с.

171. Грудев А.П. Теория прокатки. Изд. 2-е перераб. И доп. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - 280 с.