Исследование локализации пластического сдвига в алюминиевых сплавах при динамическом нагружении
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2015.8.3.27Ключевые слова:
численное моделирование, локализация пластической деформации, микродефекты, динамическое нагружениеАннотация
На образцах из сплава АМг6 проведено экспериментальное и теоретическое изучение механизмов локализации пластического сдвига при динамическом деформировании по схеме «сдвиг-сжатие», реализованном на стержне Гопкинсона-Кольского. Механизмы неустойчивости связывались с коллективными эффектами в ансамбле микросдвигов в пространственно-локализованных областях. В режиме реального времени проводилась съемка боковой поверхности образцов с помощью высокоскоростной инфракрасной камеры CEDIP Silver 450M. Полученное распределение температуры в различные моменты времени позволило судить о развитии процесса локализации пластической деформации. На основе уравнений, отражающих влияние неравновесных переходов на механизмы структурной релаксации и пластического течения, проведено численное моделирование локализации пластического сдвига. Вычислительный эксперимент, соответствующий реализуемой схеме нагружения образцов, проводился с использованием системы определяющих уравнений, отражающих роль механизмов структурной релаксации, обусловленных коллективным поведением микросдвигов с автоволновыми режимами развития локализованного пластического течения. По окончании эксперимента образцы подвергались микроструктурному анализу с помощью оптического микроскопа-интерферометра New View-5010. После динамической деформации постоянство показателя Хёрста, отражающего связность поведения дефектов и индуцированной ими на поверхности образцов шероховатости различных масштабных уровней, наблюдается в более широком диапазоне пространственных масштабов. Проведенные исследования выявили характерные особенности локализации деформации, предшествующей разрушению по сценарию адиабатического сдвига. Причиной особенностей может являться коллективное многомасштабное поведение дефектов, инициирующее резкое уменьшение времени релаксации напряжений, а также, как следствие, локализованное пластическое течение и формирование очагов разрушения по типу адиабатического сдвига. Инфракрасное сканирование in-situ зоны локализации пластической деформации и последующее изучение дефектной структуры подтвердили предположение о решающей роли неравновесных переходов в ансамблях дефектов при развитии локализованного пластического течения.
Скачивания
Библиографические ссылки
Giovanola J.H. Adiabatic shear banding under pure shear loading. Part I: direct observation of strain localization and energy dissipation measurements // Mech. Mater. - 1988. - Vol. 7, no. 1. - P. 59-71. DOI
2. Burns T.J. Does a shear band result from a thermal explosion? // Mech. Mater. - 1994. - Vol. 17, no. 2-3. - P. 261-271. DOI
3. Nemat-Nasser S., Li Y.F., Isaacs J.B. Experimental / computational evolution of flow stress at high strain rates with application to adiabatic shear banding // Mech. Mater. - 1994. - Vol. 17, no. 2-3. - P. 111-134. DOI
4. Bai Y., Xuc Q., Xu Y., Shen L. Characteristics and microstructure in the evolution of shear localization in Ti-6Al-4V alloy // Mech. Mater. - 1994. - Vol. 17, no. 2-3. - P. 155-164. DOI
5. Belytschko T., Krongauz Y., Organ D., Fleming M., Krysl P. Meshless methods: An overview and recent developments // Comput. Method. Appl. M. - 1996. -Vol. 139, no. 1-4. - P. 3-47. DOI
6. Wright T.W., Ravichandran G. Canonical aspects of adiabatic shear bands // Int. J. Plasticity. - 1997. - Vol. 13. no. 4. - P. 309-325. DOI
7. Medyanik S.N., Liu W.K., Li S. On criteria for dynamic adiabatic shear band propagation // J. Mech. Phys. Solids. - 2007. - Vol. 55, no. 7. - P. 1439-1461. DOI
8. Rittel D., Ravichandran G., Venkert A. The mechanical response of pure iron at high strain rates under dominant shear // Mater. Sci. Eng. - 2006. - Vol. 432, no. 1-2. - P. 191-201. DOI
9. Rittel D., Wang Z.G., Merzer M. Adiabatic shear failure and dynamic stored energy of cold work // Phys. Rev. Lett. - 2006. - Vol. 96. - 075502. DOI
10. Rittel D., Landau P., Venkert A. Dynamic recrystallization as a potential cause for adiabatic shear failure // Phys. Rev. Lett. - 2008. - Vol. 101. - 165501. DOI
11. Marchand А., Duffy J. An experimental study of the formation process of adiabatic shear bands in a structural steel // J. Mech. Phys. Solids. -1988. - Vol. 36, no. 3. - P. 251-283. DOI
12. Barker L.M. Behavior of dense media under high dynamic pressures. - New York: Gordon and Breach, 1968. - 483 p.
13. Swegle J.W., Grady D.E. Shock viscosity and the prediction of shock wave rise time // J. Appl. Phys. - 1985. - Vol. 58, no. 2. - P. 692-701. DOI
14. Razorenov S.V., Kanel G.I., Fortov V.E., Abasehov M.M. The fracture of glass under high-pressure impulsive loading // High Pressure Res. - 1991. - Vol. 6, no. 4. - P. 225-232. DOI
15. Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов и некоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения // Физ. мезомех. - 2003. - Т. 6, № 4. - C. 45-72.
16. Соковиков М.А., Билалов Д.А., Чудинов В.В., Уваров С.В., Плехов О.А., Терехина А.И., Наймарк О.Б. Неравновесные переходы в ансамблях дефектов при динамической локализации пластической деформации // ПЖТФ. - 2014. - Т. 40, № 23. - С. 82-88. DOI
17. Sokovikov M., Chudinov V., Bilalov D., Oborin V., Uvarov S., Plekhov O., Terekhina A., Naimark O. Experimental and numerical study of plastic shear instability under high-speed loading conditions // AIP Conf. Proc. - 2014. - Vol. 1623. - P. 599-602. DOI
18. Bilalov D., Sokovikov M., Chudinov V., Oborin V., Terekhina A., Naimark O. Numerical simulation and experimental investigation of localization of strain and fracture of metals under dynamic loading // AIP Conf. Proc. - 2014. - Vol. 1623. - P. 67-70. DOI
19. Соковиков М.А., Баяндин Ю.В., Ляпунова Е.А., Плехов О.А., Чудинов В.В., Наймарк О.Б. Локализация пластического сдвига и механизмы разрушения при динамическом нагружении металлов // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2013. - Т. 6, № 4. - С. 467-474. DOI
20. Савельева Н.В., Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б. Численное моделирование деформирования и разрушения металлов в условиях плоского удара // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2012. - Т. 5, № 3. - С. 300-307. DOI
21. Баяндин Ю.В., Костина А.А., Наймарк О.Б., Пантелеев И.А. Моделирование деформационного поведения ванадия при квазистатическом нагружении // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2012. - Т. 5, № 1. - С. 33-39. DOI
22. Bouchaud E. Scaling properties of cracks // J. Phys. Condens. Mat. - 1997. - Vol. 9, no. 21. - P. 4319-4344. DOI
23. Froustey C., Naimark O., Bannikov M., Oborin V. Microstructure scaling properties and fatigue resistance of pre-strained aluminium alloys (part 1: Al-Cu alloy) // Eur. J. Mech. A-Solid. - 2010. - Vol. 29, no. 6. - P. 1008-1014. DOI
24. Оборин В.А., Банников М.В., Наймарк О.Б., Palin-Luc T. Масштабная инвариантность роста усталостной трещины при гигацикловом режиме нагружения // ПЖТФ. - 2010. - Т. 36, № 22. - C. 76-82.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2015 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.