В.Г. Баженов1, Е.В. Нагорных1, Д.Л. Осетров2, А.А. Рябов3

1Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, 603950, Россия

2Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева, г. Казань, 420111, Россия

3ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ, г. Саров, 607188, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

Изучение особенностей механического поведения материалов при сложном напряженном состоянии и больших деформациях, предшествующих разрушению, является актуальной задачей. В настоящей работе проведен экспериментальный и численный анализ особенностей процессов упругопластического деформирования сплошных цилиндрических образцов при пропорциональном кинематическом нагружении кручением-растяжением до разрушения. Установлено, что при совместном действии кручения-растяжения образуется шейка, радиус поперечного сечения которой больше, а длина меньше, чем при чистом растяжении, разрушение происходит по винтовой поверхности с максимальными сдвиговыми деформациями в зависимости от соотношения растяжения и кручения.

Полная система уравнений, описывающих обобщенные осесимметричные задачи кручения, записана в цилиндрической системе координат. Кинематические соотношения сформулированы в скоростях и построены в метрике текущего состояния, что позволяет учитывать большие формоизменения. Уравнение движения сплошной среды следует из уравнения баланса виртуальных мощностей. Поскольку рассматриваются процессы активного нагружения, близкие к пропорциональным, то упругопластические свойства материалов описываются теорией течения с нелинейным изотропным упрочнением. Для решения системы уравнений, дополненной кинематическими граничными и начальными условиями, использован метод конечных элементов в сочетании с явной схемой интегрирования типа «крест».

 Для изучения влияния вида напряженного состояния на деформационное упрочнение стали 09Г2С построены истинные диаграммы деформирования при растяжении и кручении до разрушения, выявлено их существенное различие при деформациях более 15%. С учетом зависимости диаграммы деформирования от вида напряженного состояния получено хорошее совпадение результатов численного моделирования процессов деформирования с экспериментальными данными. Игнорирование вида напряженного состояния приводит к существенным различиям в определении критических значений усилий и моментов образования шеек и закритического поведения стержней.

Ключевые слова: упругопластичность, большие деформации, диаграмма деформирования, комбинированное нагружение, растяжение-кручение, численное моделирование, эксперимент

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 17-308-50006).

Литература

1. Дегтярев В.П.  Деформации и разрушение в высоконапряженных конструкциях. – М.: Машиностроение, 1987. – 105 с.

2. Зубчанинов В.Г.  Механика сплошных деформируемых сред. – Тверь: ТГТУ, ЧуДо, 2000. – 703 с.

3. Малинин Н.Н.  Прикладная теория пластичности и ползучести. – М.: Машиностроение, 1975. – 400 с.

4. Кузькин А.Ю., Латышев Д.В., Петров М.Ю., Попов В.А.  Механические свойства материалов при статическом нагружении трубчатых образцов в условиях плоского и объемного напряженных состояний // Науч.-техн. Ведомости C.-Петерб. гос. политехн. ун-та. – 2014. – № 2. – С. 162–173.

5. Шлянников В.Н., Иштыряков И.С., Яруллин Р.Р.  Характеристики деформирования сплава Д16Т при совместном нагружении растяжением, сжатием, кручением и внутренним давлением // Труды Академэнерго. – 2014. – № 3. – С. 78–90.

6. Ипатова А.В., Вильдеман В.Э.  Построение материальных функций неупругого деформирования алюминиевого сплава Д16Т по результатам испытаний на растяжение и кручение // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. – 2012. – № 4. – С. 106–114. – doi: 10.14498/vsgtu1106.

7. Баландин Вл.Вас., Баландин Вл.Вл., Брагов А.М., Игумнов Л.А., Константинов А.Ю., Ломунов А.К.  Высокоскоростное деформирование и разрушение стали 09Г2С // Изв. РАН. Механика твердого тела. – 2014. – № 6. – С. 78–85.

8. Баженов В.Г., Зефиров С.В., Крамарев Л.Н., Павленкова Е.В.  Моделирование процессов деформирования и локализации пластических деформаций при кручении-растяжении тел вращения // Прикл. матем. и механика. – 2008. – Т. 72. Вып. 2. – С. 342–350.

9. Бердин В.К., Кашаев Р.М.  Об определении напряженного состояния при растяжении с кручением сплошного цилиндра // Проблемы прочности. – 2001. – № 1. – С. 28–37.

10. Ломакин Е.В., Мельников А.М.  Задачи плоского напряженного состояния тел с вырезами, пластические свойства которых зависят от вида напряженного состояния // Изв. РАН. Механика твердого тела. – 2011. – № 1. – С. 77–89.

11. Шлянников В.Н., Иштыряков И.С.  Параметры функций вида напряженного состояния для алюминиевого сплава Д16Т // Труды Академэнерго. – 2014. – № 4. – С. 51–63.

12. Баженов В.Г., Жегалов Д.В., Павленкова Е.В.  Численное и экспериментальное исследование упругопластических процессов растяжения-кручения осесимметричных тел при больших деформациях // Изв. РАН. Механика твердого тела. – 2011. – № 2. – С. 57–66.

13. Капустин С.А., Горохов В.А., Виленский О.Ю., Кайдалов В.Б., Руин А.А.  Соотношения модели поврежденной среды для материалов, подвергающихся терморадиационным воздействиям // Проблемы прочности и пластичности. – 2012. – № 74. – С. 5–15.

14. Качанов Л.М.  Основы теории пластичности. – М.: Наука, 1969. – 420 с.

15. Баженов В.Г., Кибец А.И., Лаптев П.В., Осетров С.Л.  Экспериментально-теоретическое исследование предельных состояний упругопластических стержней различного поперечного сечения при растяжении // Проблемы механики. Сб. статей к 90-летию со дня рожд. А.И. Ишлинского / Под ред. Д.М. Климова и др. – М.: Физматлит, 2003. – С. 116–123.

Поступила в редакцию

22.02.18

   

Баженов Валентин Георгиевич, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник

Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

пр-т Гагарина, д. 23, корп. 6, г. Нижний Новгород, 603950, Россия

E-mail:  bazhenov@mech.unn.ru

 

Нагорных Елена Владимировна, кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник

Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

пр-т Гагарина, д. 23, корп. 6, г. Нижний Новгород, 603950, Россия

E-mail:  pavlyonkova@mech.unn.ru

 

Осетров Дмитрий Львович, инженер

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ

ул. К. Маркса, д. 10, г. Казань, 420111, Россия

E-mail:  osetrovdmitry@mail.ru

 

Рябов Александр Алексеевич, доктор физико-математических наук, начальник отделения

ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.