ПРЯМАЯ ФИЗИЧЕСКИ-ОРИЕНТИРОВАННАЯ УПРУГОВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ: ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА НЕУПРУГОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ
Аннотация
Приведено обоснование актуальности детального, основанного на анализе физических механизмов неупругого деформирования исследования влияния свободных поверхностей образцов на результаты механических испытаний (масштабных факторов), обусловленное все более широким использованием миниатюрных изделий.
Предлагаемая статья посвящена построению прямой модели упруговязкопластичности для описания поведения кристаллитов мезоуровня и ее применению для анализа влияния свободной поверхности на физико-механические свойства моно- и поликристаллических материалов/конструкций из металлов и сплавов. Описана базовая модель кристаллита на основе физических теорий пластичности, в которой явно учитываются механизмы неупругого деформирования и их носители. Рассматриваются гранецентрированные кристаллы, где пластические сдвиги могут реализовываться по 12 доступным системам дислокационного скольжения. В модели использованы закон нелинейного упрочнения с насыщением и подмодель решеточного спина. Предложен вариант соотношений для описания понижения критических касательных напряжений на системах скольжения вблизи свободной границы. Проведен ряд численных экспериментов по решению начально-краевых задач исследования деформирования монокристаллических образцов. Рассмотрены несколько сценариев нагружения и несколько характерных размеров образца с целью выявления наличия эффекта масштаба. Решения поставленных задач получены с помощью метода конечных элементов, реализованного в инженерном программном пакете. Конститутивная модель кристаллита и алгоритмы для ее работы реализованы в специальном программном модуле для описания пользовательских материалов. Результаты показали значительное влияние размера образца на механический отклик в процессе неупругого деформирования. Продемонстрировано снижение характерных значений предела текучести и напряжений течения образца с уменьшением его размеров.
