ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ И ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ ПРИ ОДНООСНОМ РАСТЯЖЕНИИ
Аннотация
Рассматриваются основные закономерности процессов деформирования и деградации начальных прочностных свойств конструкционных материалов (металлов и их сплавов) по механизму длительной прочности. Для описания процессов высокотемпературной ползучести и длительной прочности поликристаллических конструкционных сплавов используется подход, основанный на концепции «скрытых» или «внутренних» параметров, который может дать качественное и количественное описание экспериментальных данных. Такой подход обладает двумя важными преимуществами: позволяет охватить широкий диапазон поведения конструкционных материалов и в то же время он очень удобен для анализа напряженно-деформированного состояния. Используемая в работе математическая модель механики поврежденной среды, описывающая процессы неупругого деформирования и накопления повреждений при ползучести, состоит из трех взаимосвязанных составных частей: эволюционных соотношений, определяющих неупругое поведение материала с учетом зависимости от процесса разрушения; кинетических уравнений, описывающих процесс накопления повреждений; критерия прочности поврежденного материала.
Вариант определяющих соотношений вязкопластического деформирования поликристаллических конструкционных сплавов основан на представлении о существовании в пространстве напряжений семейства эквипотенциальных поверхностей ползучести и принципе градиентальности вектора скорости деформации ползучести к соответствующей поверхности в точке нагружения. Такой вариант уравнений состояния отражает основные закономерности процесса вязкопластического деформирования материала при пропорциональных и непропорциональных режимах комбинированного термомеханического нагружения.
Вариант кинетических уравнений накопления повреждений основан на введении скалярного параметра поврежденности, базируется на энергетических принципах и учитывает основные эффекты образования, роста и слияния микродефектов для произвольных сложных режимов термомеханического нагружения. В качестве критерия прочности поврежденного материала используется условие достижения величиной поврежденности критического значения.
Приводятся результаты экспериментальных исследований кратковременной высокотемпературной ползучести ряда конструкционных сплавов (медь, нержавеющая сталь Х18Н10Т) при постоянных значениях температуры и различных уровнях задаваемых в образцах усилий.
Для оценки степени достоверности и определения границ применимости модели механики поврежденной среды проведены численные исследования процесса высокотемпературной ползучести и длительной прочности данных конструкционных сплавов и выполнено сравнение полученных численных результатов с данными натурных экспериментов. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных позволяют сделать вывод о достоверности предложенных определяющих соотношений при деградации начальных прочностных свойств конструкционных материалов по механизму длительной прочности. Показано, что используемая модель качественно и с необходимой для практических расчетов точностью количественно описывает основные эффекты процесса вязкопластического деформирования и накопления повреждений в поликристаллических конструкционных сплавах при высокотемпературном термомеханическом нагружении.
