ОЦЕНКА РЕСУРСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СПЛАВОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
Аннотация
Рассматриваются основные физические закономерности сложного термовязкопластического деформирования и накопления повреждений в конструкционных материалах (металлах и их сплавах) при различных режимах циклического комбинированного термомеханического нагружения и математические модели указанных процессов.
Развита математическая модель механики поврежденной среды, позволяющая моделировать циклическое вязкоупругопластическое поведение и определять ресурсные характеристики поликристаллических конструкционных сплавов при совместном действии деградационных механизмов, сочетающих усталость и ползучесть материала. Модель базируется на совместном интегрировании уравнений, описывающих кинетику напряженно-деформированного состояния и процессов накопления повреждений. Завершающим модель соотношением является критерий прочности, выполнение которого соответствует образованию макротрещины.
Уравнения пластичности базируются на основных положениях теории течения. Для описания процесса ползучести в пространстве напряжений вводится семейство эквипотенциальных поверхностей ползучести соответствующего радиуса, имеющих общий центр. Связь уравнений ползучести с уравнениями термопластичности, описывающими «мгновенные» пластические деформации, осуществляется на этапе нагружения через девиатор напряжений и соответствующий алгоритм нахождения тензоров пластической деформации и деформации ползучести путем определенных соотношений между «временными» и «мгновенными» скалярными и тензорными величинами.
На стадии развития рассеянных по объему повреждений наблюдается влияние поврежденности на физико-механические характеристики материала. Это влияние может быть учтено введением эффективных напряжений. В общем случае напряжения, пластические деформации и деформации ползучести определяются интегрированием уравнений термоползучести четырехточечным методом Рунге – Кутты с коррекцией девиатора напряжений и последующим определением напряжений согласно уравнениям термопластичности с учетом средней скорости деформации ползучести в новый момент времени.
В основе соотношений, моделирующих накопление повреждений, лежит энергетический подход к определению ресурсных характеристик. Кинетика накопления усталостных повреждений основана на введении скалярного параметра поврежденности конструкционного материала и единой модельной форме представления механизма деградации в условиях усталости и ползучести. Влияние рассеянных по объему повреждений на физико-механические характеристики материала учитывается путем введения эффективных напряжений.
Приводятся результаты численного моделирования циклического термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений в жаропрочных сплавах (Haynes188) при комбинированном термомеханическом нагружении. Особое внимание уделяется вопросам моделирования процессов циклического термопластического деформирования и накопления усталостных повреждений для сложных процессов деформирования, сопровождающихся вращением главных площадок тензоров напряжений и деформаций.
