Структурная модель среды для описания изотропного упрочнения при циклическом непропорциональном нагружении тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

? в %

Челябинский государственный технический университет

На правах рукописи

ПОНЬКШ АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ СРЕДЫ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ИЗОТРОПНОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРИ ШШШЧЕХЖОМ НЕПРОПОРШОНДЛЬНОМ НАГРУЖЕНШ

Специальность 0t.02.04- - "Механика деформируемого твердого тела".

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стктези кандидата технических паук

Челябинск 1992

Работа выполнена в Челябинском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор О.С.Садаков.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, профессор С.А.Шестериков;

доктор технических наук, профессор Ю. А.Иваненко.

Ведущая организация - Институт машиноведения РАН

ем. А.А.Благонравова.

Защите состоится аЮМсА 1992 г.

на заседании специализированного совета Д 053-13.01 Челябинского государственного технического- университета по адресу: 454030, г.Челябинск, проспект•пм-В.И.Ленина,7о.

С диссертацией ыогио ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «08" йКОсЯ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент }

В.М.Кононов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

• АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Современный уровень развития машиностроения характеризуется высокими удельными мощностями производственного оборудования. При незначительных весе и габаритах конструкции работают под воздействием интенсивных внешних нагрузок, в условиях повышенных температур. При этом материал конструкций зачастую подвержен неупругому деформировании, приводящему к накоплению усталостных поврездений и малоцикловому разрушению. Это обусловливает повышенные требования к достоверности расчета полей напряжений и деформаций в процессе работы конструкции и оценке на их основе прочности и долговечности. В первую очередь это относится к областях! машиностроения, связанным с авиацией, энергетикой, металлургией, химической промышленностью, к двигателестроенкю.

Расчеты по различным теориям пластичности показывают, что при повторно-переменном нагружении конструкций, напряженное состояние которых отличается от одноосного, типичным является отклонение- траекторий деформирования от '. пропорциональных. Имеюциегся в литературе данные об экспериментальных исследованиях поведения материалов при непропорциональном (сложном) нагружениж выявляют комплекс.деформационных свойств,'которые не могут быть объяснены на основе закономерностей пропорционального дефоршрования. В частности, . это относится к изотропному • упрочнению,, которое при циклическом непропорциональном нагружении протекает значительно интенсивнее и приводит к более упрочненному состоянию материала, чем при пропорциональном деформировании. Попытки описать этот эффект на 'основа существузшдах теорий пластичности не приводят к ¡¡¡елаемым результатам.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - совершенствование методов расчета неупругого деформирования конструкций путем экспериментально-тэоретичесзссгс изучения реологических сзойстз конструкционных материалов в условиях циклического непропорционального нагрукения и способов их математического описания. При этом решались следующие задата?

- разработка методики экспериментального исследования деформационных свойств материалов при сложном нагсужении:

- изучение поведения материалов и особенностей изотропного упрочнения при циклическом- непропорциональном нагружении по различным программам;

- разработка модели материала, учитывающей особенности изотропного упрочнения при непропорциональном нагруаении;

- сопоставление результатов расчета по разработанной модели я по некоторым известным теориям пластичности с результатами эксперимента;

- расчет тонкостенной цилиндрической оболочки, нагруженной подьизяш тепловым полем, для изучения возможности использований непропорционального деформирования для технологического упрочнения элементов конструкций.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА- Впервые получены экспериментальные данные о деформационных свойствах жаропрочных сплавов двух, марок и хромистой стали при циклическом сложном нагружеыш по различным программам.

Разработана структурная модель, описывающая свойства пластичности ' и ползучести материала с учетом влияния непропорциональности натружения на изотропное урочнение.

С использованием разработанной модели, а такие структурной модели стабильной среды проведен _ расчет кинетики деформирования тонкостенной оболочки при ее циклическом нагружении подвижным тепловым полем.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ» Полученные ■ ькспермментальшв данные о реологически: свойствах двух жаропрочных сплавов могут использоваться при проведении ' рзсч лов на прочность элементов конструкций.

Разработана методика практического применения модели в рсчетаг на прочность ж реализована в виде• соответствующей-програчш доя . ТШ-совчостимых ВЭШ, предназначенной для использования в ыакроцрогрзшаг расчета конструкций произвольного

тидй.

Предложен способ т е хнолотач е ского упрочнения труб, позволяющий существенно повысить их прочностные свойства и, в частности, снизить скорость ползучести' в материале трубы б ' несколько раз.

АНРОСЩЯ РАБОТЫ. Основные положения работы были доложены и обсуудались на следукпих конференциях:

- областная научно-практическая конференция "Участие молодых ученых и специалистов в реконструкции и модернизации предприятий, во внедрении новой техники я технологии" (г. Челябинск, 1986 г.);

- Всесоюзная научно-техническая конференция "Эксперпментзль-

4

ныв методы б механике твердого тела" (г. Калининград, 1988 г.,»;

- III Всесоюзный симпозиум "Прочность материалов и элементов-конструкций при слояз-юм напряженном состоянии" (г.Клев/ 1939 г.);

- 39 - 43-я научно-технические конференции Ч1Т.У (г. Челябинск, 1986 - 1990 г.г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание'работы изложено в 3 статьях зз ?. тезисах докладов.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЕ!. Диссертация состоит ия введения, четырех гдзь, еиводов, списка использованных источников !?'.-> наименований). Она изложен я на 108 страницах мзейнсптк оного текста, содержит 72 рисунка и 2 таблицы.

Основные результаты диссертационной работы испольгуютсг в ОКБМ (г. Нихний Новгород), что подтверждается соответствующим документом.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ"ИЗОТРОПНОГО УПРОЧНЕНИЯ

Одними из первых, обративших внимание на влияние непропорциональности нагрукения на изотропное упрочнение материала, были американские исследователи bamba H.S., Sidebottom 0-М-1. На медных образцах они обнаружили, что интенсивность размаха напряжения в состоянии стабилизации на. траектории деформирования в виде круга на 40% превышает соответствующую величину при пропорциональном нагружении. Позднее аналогичные эффекты были обнаружены при испытаниях стали 316 японцами Ohashí У., Kawai Н., Kaito Т.2, которые объяснили интенсивное упрочнение материала при слояном нагружении взаимодействием дислокаций при активизации новых систем скольжения.■В ряде работ отмечается существенное влияние непропорциональности нагружения на реонсмяые свойства материалов. Так, например, скорость установившейся ползучести в оорэзце из стали 316 после его деформирования по круговой

1 . Lamba H.S., Sidebottom O.M. Cyclic plasticity for nonproportional pats.// Trans. ASIiE: J? Eng. Hater, and Technol.-1978.- 100, 1.- P. 96-103.

2 Ohashi Y., Kawai K., Kaito T. Inelastic behavior, of type 316

stainless steel under multiaxial nonproportional cyclic stressing

at elevated temperature // Trans. ASJffi: J. Eng. r Kater, ani Techno!.- 1985.- 107, № 2.- P. .'112-119.

5

траектории может снижаться в несколько раз (по сравнению с пропорциональным нагружениеы)1.

С целью4 более подробного изучения этих' процессов • проведена серия испытаний на образца! из циклически упрочняющихся, стабилизирующихся сплавов ХН55МВЦ и 03X21Н32ЩБ (ЭП 864), а также из разупрочняюдейся хромистой стали 4ОХ. Образцы имели трубчатую форму с наружшш диаметром 22 ш, толщиной стенки 1 мм и длиной рабочей части 60 мм. Испытания проведены на установке, позволяющей нагружа-. ъ образцы циклически изменяющимися осевой силой и 1футящим моментом. Для измерения деформаций в образце разработан и изготовлен деформометр оригинальной конструкции. Температура испытаний - 20, 600, 700°С.

Программа испытаний кавдого образца состояла из нескольких этапов, на кавдом из которых нагружение осуществлялось до" стабилизации поодной из траекторий, изображенных на рис.1 ( е = (е-с0)/2, еэ= у/2; к,у,со- осевая, сдвиговая и средняя деформации). Б конце кавдого этапа осуществлялось "затухание" -циклическое деформирование того ке вида с плавно уменьшающейся до нуля амплитудой деформации, проводимое для снятия деформационной анизотропии. На всех этапах интенсивность размаха деформации Ае^ поддерживалась неизменной. Результаты испытаний одного из образцов представлены на рис.2. Цифры 1,2,...,9 над осью абсцисс означают номер этапа нагруггения. Вид траектории деформирования указан в соответствии с введенным ва предыдущем рисунке правилом. Участки "затухания" не показаны.

При циклическом пропорциональном деформировании, этап 1, материал упрочняется и стабилизируется после приблизительно. 40 циклов. При переходе к нагружению вдоль траектории, расположенной под углом 90° к начальной (этап 2) происходит скачкообразный рост интенсивности размаха напряжения. Французские исследователи Вепа11а1А., Ыагди1в Б.2 , получившие аналогичный результат,•

1 Murakami S., Kawal H., Yamaâa Y. Creep after cyolic-plastici-ty under multiaxial conditions for type 316 stainless steel at elevated temperature // Trans ¿SUE: ,J. Eng. Mater, and Technol.-1990.- 112, KS 3.- P.. 346-352.

2 Benallal A., Marquis D. Constitutive equations for

nonproportional cyclic elastoviscoplasticity // Trans. ASME: J. Eng. Mater, and TeciaioL.- 1987.- 109, 4.- P. 326-336.

6

Рис. 1. Траектории деформирования в девяаторной плоскости: 1 - растяжение-сжатие, 2 и 4 - совместное растяжение-сжатие с кручением, 3 - кручение, 5 и б - круговая и квадратная траектории

ДЗи, МП а.

П.ЦИКЛИ

Рис. 2. Зависимость интенсивности размаха напряжения от числа циклов яагружения и вида траектории деформирования; ЭП 864. Т = 20°С, Де * { 0.84 - 0,36 ) $

назвали этот эффект "поперечным" упрочнением материала и объясняют его тем, что в процессе циклического пропорционального нагружения поверхность текучести приобретает сплюснутую в направлении траектории деформирования форму. • Дальнейшее чередование траекторий пропорционального деформирования (этапы 3,4) не вносит заметных изменений в свойства материала.

Круговое нагружекие, этап 5, приводит к интенсивному дополнительному (по сравнению со стабилизированным состоянием при пропорциональном деформировании на первом этапе) упрочнению. Последующее пропорциональное нагружение, этап 6, разупрочняет материал, причем процесс разупрочнения носит анизотропный характер. Последнее подтверждается в начале этапа 7, где интенсивность размаха напряжения выше, чем на последних циклах этапа 6. Дальнейшее нагружение вновь приводит к разупрочнению." При этом анизотропия устраняется, что проявляется при деформировании образца на этапах 8,9.

. 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ' -

Для учета особенностей изотропного упрочнения при непропорциональном нагружении разработана реологическая модель материала, в основу . которой . положены структурная ' модель стабильной среда1, и понятие неупрочнящей области, введенной Ойпо в пространстве пластических деформаций2. Элементарный объем представляется в виде, набора подэлементов, обладающих отличающимися параметрами реологических свойств. Предполагается," что деформация у всех подэлементов одинакова и равна деформации элемента'среда моделируемого материала:

■в«Гео*М+ еи= £и=£о5и+еи ' где. е , е , е - тензор деформаций, его шаровая и девиахщонная.

1 Гохфельд Д.А., Садаков О.С. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях.- M.:v Машиностроение. 1984.- 256 с.

2 Ohashi Y., Тапака Е., Ooka M. Plastic deformation behavior оГ

type 316 stainless steel subject to out-of-phase strain cycles //

Trans, ASNE: .J. Eng. Mater.. and Techno!.- 1985.- 107, N-, 4.-

P. 586-292.

части,, е^, е^- соответствующие величины для к-го

.подэлемента, к = 1,2,...,т (т - количество подзлеме^тов); 5 -символ Кронекера. Из (1) следует, что е* = е0-

Девиатор деформации разделяется на неупругую часть и упругую, определяемую тождественно:

г^ - / 20 , (2)

где в* - девиатор напряяения подэлемента, 0 - модуль сдвига. Соответственно неупругая часть определяется в виде

+ = ен - 1 • . (3>

где р^, с^ - склерономная и реономная составляющие неупругой деформации. Отметим, что разделение неупругой деформации на составляющие является идеализацией, удобной для расчетов»

Вводится определение, согласно которому составляющие неупругой деформации и напряжение в элементарном объеме представляют собой результат осреднения соответствующих величин по подэлементам. В соответствии с этим

Г»г «и* = лà ап= <3и>- (4)

где gk - "веса" подэлементов, угловые скобки означают операции осреднения. Поверхность текучести подэлемента задается в виде

- г*^ - (г*)2 = О , г* = в* / 20 , (5)

где - предел текучести подэлемента. Закон пластического течения определяется следующим образом:

« йокп) »'

-х^ Н(г*- г*) , (6)

• 'НИ

>

где гк = (-г* , / 2 )0'5 - интенсивность упругой деформации и 1 .) » }

подэлемента. Двойными угловыми скобками обозначена функция: «х» = х Н(х), В(х) - функция Хевисайда ( Н(х) = 0 при х < 0, Н(х) = 1 при х ь о).

Реоноыная деформация определяется выражением

йск = Ф(Ск) гк / г* <П , Гк = гк / г* , (7)

1.1.и и т

где 4> - реологическая функция, I - время. Величина Ск характеризует текущую относительную нагруженностъ подэлемента.

Для учета изотропного упрочнения для каждого подэлемента в пространстве пластических деформаций вводится неуцрочняющая область, ограниченная поверхностью памяти (сокращенно ПП):

- <??Г (Р?Г - (р*)2 = 0 .

где рк - радиус ПП, «1 * - тензор, определяющий положение её центра. ПП подалэмента является гиперсферой в пятимерном пространстве Ср,^} и отражает память этого подэлемента об истории пластического деформирования.

Эволюционные уравнения для ак и рк предлагаются в виде

(1 - с\) —— (р; - ) Н{В-рк) , (8)

В2

арья с* << >:> нсв-р") - с* [1 - н(в-рк)] . (9)

1 = ар^г • -в •

где Ск, Ск - -константы материала.

В соответствии с уравнениями <8), (9) ЛП подэлемента

перемещается и увеличивается в размере в том случае, если точка,

изображающая процесс нагругсеюш достигла ПП (дк= 0) и вектор ее

скорости направлен наружу {за пределы Ш точка выйти не может.). Во всех остальных случаях при движении изображающей точки центр Ш остается не месте, а радиус рк уменьшается.

Предел текучести подвлемента связывается с радиусом Ш

выражением .

' = в»0 + IV . . <10>

где ск0- начальный предел текучести поделеыента, Ьк - константа материала.

Система уравнений (1) - (10) является замкнутой и определяет -реологическую модель материала, которая, обладая всеми достоинствами структурной модели стабильной среды, описывает изотропное упрочнение при пропорциональном нагружении и дополнительное упрочнение при непропорциональных траекториях деформирования. Наличие второго слагаемого в правой части уравнения (9) позволяет учесть обратимость изотропного упрочнения и, в частности, описать разупрочнение материала при переходе от непропорционального нагрукения (например, кругового) к пропорциональному. В этом состоит одно из отличий предлагаемой модели от модели Сйшо, предусматривающей, помимо переноса, лишь расширение неупрочнягацей области и, следовательно, описывающей необратимое изотропное упрочнение.

К идентифицируемым параметрам модели относятся следухщие величины: в, в*о, ё", С*, С^, 'Ьк и реологическая функция Ф. Идентификация производится по результатам испытаний одного образца, проведенного по программе (один из возможных вариантов): циклическое пропорциональное нагрукение до стабилизации, "затухание", нагружение по круговой траектории с той ко интенсивностью размаха деформации до стабилизации, "затухание", циклическое пропорциональное нагруаение (несколько циклов). При необходимости учета ползучести в материале в одном из стабильных циклов на начальном этапе пропорционального . нагрукения осуществляется выдержка, и по полученной кривой ползучести строится реологическая' функция. Количество подэлементов т выбирается соответственно требуемой точности в пределах 2 - 8, но при необходимости отражения тонких эффектов сложного нагрукения их .число мохет быть увеличено. ■

Для оценки адекватности модели проведено сопоставление расчетных траекторий деформирования для некоторых ^ программ нагрукения образца .с экспериментальными данными, а тагсхе с результатами расчетов по структурной модели стабильной среды и по модели. 01то~ Все расчеты выполнены на ГОЕМ МАЙОУII СИ 1914 по разработанным на языке фортран 4 программам.

При циклическом пропорциональном нагружении модель с ПП и модель ОЗтао описывают изотропное упрочнение п. стабилизацию свойств материала после некоторого . число • циклов. Модель стабильной среды двет диаграмму деформирования, ,замыкагацуюся после первого цикла нагрукения.-

На рис.3 приведены расчетные и экспериментальная траектории ■напряжений в состоянии стабилизации при круговой траектории деформирования. Сплошная линия соответствует эксперименту, штриховая - расчету по модели' .с ПП, штрихпунктирн'ая - модели стабильной среды, штрихпунктирная с двумя точками - модели Qhno. Эти обозначения сохранены и на всех последующих рисунках. Число подвлементов, принятое в модели с ПП и в модели стабильной среда, равно 5.

Рис. 3- Круговое нагружение, стабильный цикл;

ХН55ЫВД. Т = 600°С

Как видно из рисунка., ближе всего вксперименту соответствует расчет по модели с ПП. Модель Шло отражает дополнительное упрочнение материала,- но лишь частично, поскольку в соответствии с этой моделью увеличение размера неупрочшшцей области • и связанное .с ним. дополнительное изотропное упрочнение при переходе от пропорционального нагружения к непропорциональному возможно лишь за счет разориентащш векторов напряжения и деформации.

12

Отметим, что модель стабильной среда на круговой траектории дает диаграммы деформирования не упрочненные, а разунрочненнне по сравнению со случаем пропорционального нагружения (это связано с разориентацией векторов напряжений в подэлементах модели).

На рис.4 показаны диаграммы деформирования при циклическом растяжении-сжатии, проведенном сразу после стабилизации образца на круговой траектории нагружения. Модель с Ш отражает процесс разупрочнения в материале, тогда как модель стабильной среды и модель 01то дают диаграммы, замыкаюциеся после первого цикла нагружения.

Рис. 4-. Циклическое растяжение-сжатие после кругового нагружения; ХН55МВД, Т = бОО°С

На рис.5 показаны кривые ползучести в первом полуцикле кручения после стабилизации материала на круговой траектории деформирования. Для снятия деформационной анизотропии предварительно было проведено "затухание". Крлвая ползучести по модели с Ш практически " совпадает - с экспериментальной кривой.

13

Модель стабильной среда и модель Сйшо дают существенно завышенные результаты как по накопленной деформации, так и по скорости установившейся ползучести. Различие с экспериментом в скоростях составляет для модели ОЬпо около 3056 , а для модели стабильной среды - 11056 .

Рис. 5. Ползучесть при кручении после кругового нагружения; ХН55МВД, г'= 700°С

Предлагаемая модель не описывает.. "поперечное" упрочнение материала и связанную с ним анизотропию разупрочнения при переходе от непропорционального нагружения к пропорциональному.' Попытка учесть этот фактор потребовала бы введения эллипсовидных поверхностей текучести лодэлементов, что существенно усложнило бы модель. Ееличина "поперечного" упрочнения в 3-4 раза меньше дополнительного изотропного упрочнения материала на траекториях деформирования в виде круга, квадрата, и в первом приближении ею можно ггренебречь.

4. РАСЧЕТ ОБОЛОЧКИ, НАГРУЖЕННОЙ ДВИЖУЩИМСЯ ТЕПЛОВЫМ ПОЛЫ

Возможное направление для практического приложения разработанной модели - технолсигческое упрочнение элементов конструкций с помощью циклически ' изменяющихся во времени нагрузок, вызывающих непропорциональное нагружена е материала и» вследствие эффекта дополнительного упрочнения, улучшение его свойств. Такими нагрузками могут быть: нормальная сила и крутящий момент, нескнфазно прикладываемые к детали или ее заготовке, нормальная сила и давление и т.п.. Достаточно простым и эффективным способом нагружения труб,, валов являются тепловой фронт или тепловая волна, движущиеся вдоль оси детали.

В качестве примерз проведен расчет на ПЭВМ кинетики деформирования свободной тонкостенной цилиндрической оболочки при ее циклическом нагружении осескмметричным температурным полем в виде волны, движущейся с постоянной скоростью в осевом направлении. Длина оболочки полагалась бесконечной, радиус срединной поверхности R, толщина стенки 2h, pic.6.

Для численного решения задачи координата длины z была заменена на относительную координату 5 в ' соответствии с выражением

? = Я / 2 4- aretg z/l ,

где Ç - константа, имеющая размерность длины и характеризующая, насколько длинная часть оболочки, в окрестности точки г = О (9 = л / 2) рассматривается относительно подробно. Такая замена позволяла координировать концы оболочки (в = -го, 2 = +со) конечными значениями координаты D (>? = О, д = п). Вся оболочке была разбита поперечными сечениями на 40 участков разной длины по координате в каждом сечении счет шел по пяти, точкам (см. рис.б).

Расчет кинетики проводился шагами, на каждом иаге-пргогжекие неупругой деформации определялось по методу дополнительных деформаций. Решение было разделено на две независимые части. Первая часть, названная "упругим" решением*, заключалась в том,

* при решении "упругой" задачи использованы теоретические разработки, выполненные И.А.Ивановым,- О.С.Сздаковкм, А.Е.¿аритсечпком

15

т 1

Рис. S. Тепловое нагруаение оболочки: Т(р) - функция распределения температуры по толщине оболочки; Т = 650°С, Т , = 50°С, R = 600 ш, 2Ь = 15 мм

что для каждого фиксированного момента -времени по заданной внешней нагрузке и температурному полю, а также по полю неупругих (дополнительных) деформаций определялось поле полных деформаций. Для этого. использованы уравнения терыоуцругости (с дополнительными деформациями). Вторая часть - "неупругое" решение, которое проводилось независимо для кавдого элемента объема и состояло в определении кинетики неупругого деформирования по известной истории изменения напряжения и температуры (или деформации и температуры). .В ' результате расчета получены поля нацряжений и деформаций в оболочке за несколько десятков циклов ее нагруженпя подвижной тепловой волной.

На рис Л показана траектория пластических деформаций на двух циклах нагружения для /точки 4 (см. рис.6) в сечении s = ' 0. (в окрестностях втого сечения расчет проводился с повышенной точностью).По оси абсцисс отложена пластическая деформация в осевом направлении, по оси ординат - в окрукном. Как видно из

16

рисунка, материал оболочки испытывает непропорциональное деформирование. Это приводит к дополнительному изотропному упрочнению, заметно влияющему на процесс накопления пластической деформации.

....

N0.UJ Nr ч

-0 •2 / / / iy' ö / jx.\ о \xv уч \ .1 0 .2 ■44°' \

/ / / / 1 ч.. и M» И1.Ч* \ \ \ V \ л

Q*

. Рис. 7. Траектории пластических деформаций в оболочке; точка 4-, х = 3,75 км ,"

5. ВЫВОДЫ

В диссертационной работе проведены - теоретические и экспериментальные исследования, относящееся к проблеме описания деформационных свойств конструкционных сплавов в ■ условиях повторно-переменного непропорционального нагруяениа. Основные результаты сгодятся к следующему:

1. Исследованы реологические свойстза сплавов ХК55МШ, SIT 864 при нормальной и повышенных (600, 700°С) температурах. Установлено, что степень изотропного упрочнения при циклическом Rarpyxeinra зависит от вида траектория деформирования. При смене одной траектории пропорционального деформирования другой траекторией происходят скачкообразный реет интенсданости размаха напряжения, достигающий 10-12S . Пгл нагрупекпя' по траекториям, чыешим форму круга' или квадрата материал получает ашелзителшое

1?

упрочнение: интенсивность размаха напряжения в цикле возрастает по сравнения с пропорциональным деформированием на 30% и более (при одинаковой интенсивности размаха деформации). Переход к пропорциональной траектории деформирования, осуществляемый после того, как было достигнуто состояние стабилизации на круговой траектории нагружения, вызывает разупрочнение материала с последующей стабилизацией. Разупрочнение соответствует направлению траектории деформирования, свойства материала в других, направлениях (в частности, в направлении, перпендикулярном траектории деформирования) изменяются в меньшей степени. При чередовании траекторий непропорционального и пропорционального нагружения процессы упрочнения и разупрочнения повторяются циклическим образом. В испытаниях при повышенной температуре показано, что "поперечное" и дополнительное упрочнение материала существенным образом влияют на ползучесть в материале: скорость установившейся ползучести снижается в несколько раз.

Испытания стали 40Х показали, что й в разупрочняющихся материалах в той или иной степени проявляются все особенности изотропного упрочнения (на фоне обычного разупрочнения).

2. Разработана модель, описывающая пластичность и ползучесть материала с учетом особенностей изотропного упрочнения при непропорциональном вагружении. В основу модели положены структурная модель среды и понятие неупрочнятацей области в пространстве пластических деформаций. Изотропное упрочнение связывается с размерами этой области, ограниченной поверхностью памяти. Приводятся определяющие уравнения модели и. методика ее-идентификации. Для оценки точности проводится сопоставление расчетов-по предлагаемой модели с експериментальными данными, а таксе с результатами расчетов по другим теориям пластичности. Сопоставление показывает хорошее соответствие модели эксперименту.

3- 3 качестве . возможного практического приложения' разработанной модели материала предлагается способ технологического упрочнения элементов конструкций, имеющих трубчатую форму. Проведен расчет тонкостенной цилиндрической соолочки, нагруженной осэсимметричным температурным полем в форуэ зслны, движущейся в осевом направлении с постоянной скоростью. Показано, что траектории деформаций в материале оболочки отличны от пропорциональных: при циклическом прохождении тепловой водны

18

материал получает дополнительное упрочнение. Следовательно, такой .способ упрочнения труб может быть использован для повышения ш несущей способности. На практике это реализуется, например, с помощью индуктивного нагрева наруаюя поверхности трубы при одновременном охлаждении внутренней.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Понькин A.B. Учет изотропного упрочнения в расчетах элементов конструкций при циклических нагрузках // Тез. докл. областной научно-практической конференции "Участие молодых ученых и специалистов в реконструкции и модернизации предприятий, во внедрении новой техники и технологии", г. Челябинск, 23-24 октября 1986 г.- Челябинск, 19S6.- С. 18-19.

2. Понькин A.B., Иванов H.A., Апайчев М.В. Влияние обратимого изотропного упрочнения на пластичность и ползучесть прл циклическом непропорциональном нагрухекии // Тез. докл. Ill Всесоюз. сиглгоз. "Прочность материалов и элементов конструкций прл слокном напряженном состоянии", г. Яйтомпр, 24-26 октября 1989 г.- Киев: ИПП АН УССР, 1989.- С. 43-44.

3. Апайчев М.В., Иванов H.A.-, Понькин A.B. Особенности деформиров ания конструкционных сплавов в условиях непропорционального нагружения // Прочность мажш н аппаратов при переменных нагружениях: Тематический сборник научных трудов. -Челябинск: ЧГС1, 1989.,- С. 3-7.

4. Структурная модель среды для ■ описания изотропного упрочнения при непропорциональном нагрукении / Иванов H.A., Понькин A.B.; Челябинск, гос. техн. ун-т.-Челябинск,1990.- Ю с.-Деп. в ВИНИТИ 20.12.90, 6359-В90.

5. Апайчев М.В., Иванов М.А., Понькин A.B. Моделирование эффектов изотропного упрочнения при непропорциональном ' циклическом нагрукенш // Проблемы прочности.- 1991.- Т.- С. 47-5'.

"С"»

Подписано д печати 07.05.92. Формат 60190 I/I6. Печ. л. I. Уч.-изд. л. I. Тиран 100 экз. Заказ I0S/300. ■ .

У0П ЧПУ. 454030. Челябинск, пр. им. В.Юеаина, 7S.